Форма, функции и размер сперматозоида. Особенности строения и движения сперматозоида Типы сперматозоидов

Спермий - половые клетки самца сложного строения, обладающие свойством самостоятельного движения, являются основной в биологическом отношении частью спермы. Спермий состоит из головки, шейки, тела и хвоста.

Общая длина спермиев сельскохозяйственных животных составляет 0,056-0,07 мм или 56-70 микрон, а ширина от 0,001-0,005 мм, или 1-5 микрон.

Объем спермия очень мал. Он в 10-12 тыс. раз меньше объема яйцеклетки.

Головка спермия представляет собой пластинку ложечкообразной формы. Рассматривая под микроскопом медленно движущихся спермиев, можно увидеть их вращение вокруг своей продольной оси. Головка спермия поворачивается то широкой стороной, то ребром, отчего заметно «мерцание» спермиев.

Головка спермия представляет примерно одну девятую часть длины его. В головке сосредоточена наследственная информация, тогда как шейка, тело и хвост - двигательный аппарат спермия. Передняя часть головки закруглена, а задняя часть у спермиев быка и барана несколько сужена и резко срезана. В средней и задней части головки расположено ядро, а в передней части имеется особое тельце в виде колпачка - акросома. Она выделяет ферменты, которые при оплодотворении растворяют вязкое вещество лучистого венца яйцеклетки, способствуют проникновению спермиев в яйцеклетку.

Снаружи головка покрыта плотной прозрачной оболочкой — мембраной белкового вещества. Она покрывает также шейку, тело и хвост. Только конечная часть хвоста свободна от оболочки. При длительном хранении спермы оболочка набухает и отслаивается в виде шариков или лоскутков. Такие спермии теряют способность к оплодотворению. Головка с телом соединена шейкой. От основания головки в шейку отходят три тоненьких пучка волоконец (фибрилл), образующих осевую нить. Осевая нить, окруженная двойной спиралью, проходит в теле спермия. Тело спермия представляет собой палочкообразную часть спермия, служит основанием более тонкому хвосту. Хвост состоит из осевой пяти, покрытой тронной спиралью. Конечная часть хвоста не покрыта спиралью и оболочкой. Она состоит из фибрилл осевой нити и имеет вид кисточки.

Движение спермиев . Спермии обладают самостоятельной способностью к движению. Центр движения находится в шейке и теле, поэтому при отрыве головки тело спермия способно к движению, а головка остается неподвижной.

В сперме можно наблюдать три вида движения:

• прямолинейно-поступательное , когда спермии активно перемещаются по прямой, это физиологически нормальное движение;
• манежное движение - вращаются вокруг своей головки или перемещаются по кругу, такая форма движения указывает на повреждение спермия, набухание головки, потерю ложечкообразной формы;
• колебательное движение - изгибается вправо-влево, не передвигаясь вперед.

Движение спермиев осуществляется с помощью хвоста. Он изгибается в одну сторону, а затем быстро выпрямляется. Движение хвоста быстро повторяется, в результате отталкивания его от жидкости спермии продвигается вперед. За 1 с хвост спермия быка при 37° производит 9 ударов. Ложечкообразная форма головки при односторонних движениях хвоста приводит к вращению его вдоль продольной оси. Сочетание ударов хвоста с вращением вокруг продольной оси приводит к поступательному движению спермия, скорость движения спермия довольно большая - 4-6 мм в 1 мин.

Колебательные движения спермиев возникают вследствие замедления энергетических процессов, может наблюдаться в нормальной сперме после долгого ее хранения, при низкой температуре, кислой реакции среды. Подогревание, подщелачивание спермы вызывает восстановление прямолинейного движения.

Нормальные спермии перемещаются против тока жидкости. Эта особенность движения называется реотаксисом. Благодаря реотаксису двигаются в яйцеводе навстречу яйцеклетке. Мертвые, неподвижные уносятся током жидкости.

Спермии имеют отрицательный электрический заряд. Одноименный электрический заряд обеспечивает взаимное отталкивание спермиев, предупреждая их склеивание. Под влиянием электрического заряда спермии располагаются параллельно, что создает определенный порядок в их движении. Снижение электрического заряда ослабляет взаимное отталкивание спермиев, они начинают склеиваться головками или другими частями. Это явление называется агглютинацией.

Агглютинация спермиев возникает при наличии в сперме положительно заряженных ионов или спермиоагглютининов, повышенной кислотности (pH 5-6,4) среды.

Агглютинация может быть обратимой, если спермии склеиваются только головками и сохраняют подвижность хвоста - «звездчатая агглютинация», и необратимой, когда спермии склеиваются друг с другом беспорядочно. Доказано существование спермиоагглютининов в половой сфере самок по отношению к спермиям другого вида животных. Образование спермиоагглютининов, как реакция организма, возникает при парентеральном проникновении белка спермиев в организм, что происходит при многократном и обильном введении спермы в половые пути самок. У молодых самок спермиоагглютининов нет, а у многорожавших они имеются. В естественных условиях у здоровых животных в фолликулярной жидкости и секретах предстательной железы имеются антиагглютинины, которые препятствуют агглютинации и даже восстанавливают нормальное состояние спермиев при звездчатой агглютинации.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Процесс образования спермиев (сперматогенез) происходит непрерывно и может подвергаться колебаниям в зависимости от условий кормления, содержания и использования производителей, состояния их здоровья, возраста и индивидуальных особенностей.

Спермии из разных участков придатка семенника имеют различную переживаемость и оплодотворяющую способность. Лучшей подвижностью, переживаємостью и оплодотворяющей способностью обладают спермии, находящиеся в хвостовой части канала придатка семенника, худшей - спермии, находящиеся в головке придатка.

Во время эякуляции спермии из каналов придатков семенников смешиваются с секретами добавочных половых желез. Секреты добавочных половых желез разбавляют густую массу спермиев и увеличивают общий объем спермы. У быка спермии из канала придатка семенника разбавляются секретами добавочных половых желез в 4-5 раз, у барана - в 2-3 раза, у жеребца и хряка - в 20- 50 раз.

В результате слияния спермиев с секретами добавочных половых желез образуется сперма. Таким образом, сыворотка спермы - секрет придатков семенников и придаточных половых желез (простатической, пузырьковидных, куперовых и уретральных). Сперма, выделенная самцом во время полового акта, называется эякулятом.

Соотношение секретов эпидидимиса и отдельных придаточных половых желез, их роль в формировании жидкой части спермы (плазмы) имеют видовую специфику (табл. 8.1).

Таблица 8.1

Составные части плазмы спермы (по Полянцеву Н.И.)

Особенности структуры половых органов и динамики коитуса обусловливают вариации как в величине эякулята, так и в его составе у самцов разных видов. У жеребца объем эякулята составляет в среднем 50-100 мл (максимально 600 мл); у хряка - 200-400 (1000); у барана - 1,0-2,0 (3,5); у быка - 4-5 (15); у кобеля - 2(18); у петуха - 0,3 (2,0).

В зависимости от вида животных бывает различной и концентрация спермиев. У животных с влагалищным типом осеменения концентрация спермиев в 5-10 раз выше, чем у животных с маточным типом осеменения. Так, в 1 мл спермы находят в среднем: у барана - 2,50-3,50 млрд, у быка - 0,8-1,2 млрд, у хряка - 0,15- 0,21 млрд, у жеребца - 0,10-0,15 млрд спермиев.

По химическому составу сперма относится к наиболее сложным жидкостям организма. Около 90-98% массы спермы составляет вода, 2-10% - сухое вещество, около 60% которого - белок. Главные составные части спермиев - белки и липиды. В состав белка входят аминокислоты. Среди липидов спермы первое место занимает лецитин, содержащий фосфор. В 100 мл спермы барана содержится до 355 мг фосфора, быка - 82 мг, хряка - 66 мг и жеребца - 19 мг. Также имеются калий, натрий, хлор, кальций, магний, железо, цинк и другие элементы.

В сперме выявляются ферменты гиалуронидаза, пероксидаза, трипсин, антитрипсин, амилаза, липаза и др. Концентрация ферментов в сперме животных разных видов сильно колеблется.

В сперме найдены аскорбиновая кислота, тиамин {В 1), рибофлавин (В2 ), ретинол {Л) и др. Их количество варьирует в зависимости от вида животного. Так, аскорбиновой кислоты в сперме быка обнаружено 14 мг%, хряка - 4 мг%. Содержание других витаминов в сперме быка колеблется от 0,089 до 0,371 мг%.

Важное место в химическом составе спермы занимает сахар (фруктоза), являющийся источником энергии спермиев.

Состав, количество и биологические свойства спермиев находятся в сильной зависимости от условий содержания производителя (кормления, ухода, эксплуатации и др.).

Строение спермиев. Спермин состоят из головки, средней части и хвоста (рис. 8.1).

Акросома

Средняя часть

Митохондрия

Рис. 8.1. Схема строения спермия (по В.С. Шипилову)

Плазматическая мембрана

Головка спермия - округлая пластинка. В ней содержится наследственное вещество - дезоксирибонуклеиновая кислота, передающая потомству свойства родителя. Головка покрыта тонкой ядерной оболочкой с множеством пор. Поверх ядерной оболочки на передней половине она защищена колпачком - акрозомой, которая выделяет фермент гиалуронидазу, необходимый для оплодотворения спермием яйца. У старых спермиев акрозома отпадает, и они теряют способность к оплодотворению. Наконец, вся головка снаружи покрыта тончайшей роговой оболочкой - мембраной. Если мембрана будет повреждена, то акрозома отпадает и спермий потеряет оплодотворяющую способность.

Шейка спермия содержит расширенные начальные части грубых фибрилл, образующие переднюю центриоль, а несколько дальше начальные части тонких фибрилл - заднюю центриоль.

Проксимальная центриоль окружена двумя базальными гранулами, имеющими вид колец эллипсоидной формы. От каждой базальной гранулы отходит девять тонких волоконец - фибрилл, причем фибриллы наружного кольца в несколько раз толще соответствующих им фибрилл внутреннего кольца. Фибриллы соединены между собой и с осевой нитью тонкими нитями - спицами.

Кольцевые фибриллы содержат сократительные белки (скантин, спермозин), сходные по своему составу с актомиозином. При сокращении фибрилл хвост изгибается, причем одни фибриллы изгибают хвост вправо, другие - влево.

Тело спермия имеет спиральную нить, которая обвивает идущую внутри тела осевую нить. Спиральная нить состоит из овальных зерен митохондрий, соединенных одна с другой как бусы в длинную спирально завитую нить (или несколько нитей). Митохондрии разделены перегородками, на которых расположены последовательно окислительные ферменты. Перегородки погружены в слой жира. Внутри митохондрий происходит окисление питательных веществ (главным образом глюкозы, фруктозы), выделение энергии и образование при окислении особого вещества - аденозинтрифосфата (АТФ), который необходим для сокращения хвоста спермия.

Осевая нить состоит из фибрилл (волоконец): двух центральных, девяти тонких и девяти грубых. Тонкие и грубые фибриллы расположены двумя слоями вокруг центральных. Тонкие фибриллы двойные, они образуют внутренний слой, а лежащие за ними грубые - наружный. Электронно-химические исследования показали: грубые фибриллы содержат аденозинтрифосфатазу - фермент, разлагающий аденозинтрифосфат и сукциндегирогеназу, участвующую в восстановлении разложенного аденозинтрифосфата.

Фибриллы опоясаны спиральными элементами. Тело спермия плотно обвито двойной спиралью, которая заканчивается кольцевой центриолью, расположенной на границе тела и хвоста спермия. Хвост по всей длине (за исключением концевой части) опоясан тройной спиралью. Спиральные элементы придают жгутику прочность, не лишая его гибкости. В области тела они имеют митохондриальное происхождение. В митохондриях сосредоточены ферменты гликолитического и окислительного характера, участвующие в выработке энергии для движения спермиев.

Снаружи тело спермия покрыто мембраной. Благодаря наличию в ее составе се рус оде ржа щих аминокислот (цистин, цистеин) она устойчива к протеолитическим ферментам, щелочным и кислым растворам.

Хвост спермия состоит только из осевой нити, покрытой мембраной, осевая нить - из двух центральных и девяти тонких фибрилл. Грубые фибриллы вместе с митохондриальными нитями кончаются у начала хвоста. Осевая нить оплетена тонкой роговой ниточкой, предохраняющей фибриллы от распада.

Свойства спермиев. Успех осеменения зависит от жизнеспособности спермиев, их устойчивости к внешней среде и в половом аппарате самки, от активности их участия в оплодотворении и их подвижности. В зависимости от состояния спермиев и окружающих условий интенсивность движения, например, спермиев барана, колеблется от 1,9 до 15,4 мм в минуту. Установлено, что спермии быка могут передвигаться за 1 мин в среднем на 4,02 мм, барана - на 4,6 мм, жеребца - на 5,22 мм, кобеля - на 2,88 мм, петуха - на 1,02 мм.

При рассмотрении только что полученной спермы под микроскопом можно заметить, что один спермий активно движется поступательно, другие - по кругу, третьи - только колеблются, четвертые остаются неподвижными, и чем дольше проводится наблюдение, чем больше проходит времени с момента получения спермы, тем слабее становится движение спермиев, тем больше появляется спермиев с колебательными движениями и неподвижных.

Различная активность движения спермиев зависит от их зрелости, возраста, возбудимости, а также влияния на них внешних факторов вообще и жидкой среды, в которой они находятся, в частности. Специальными исследованиями установлено, что физиологическое состояние спермиев неодинаково. Так, спермии, полученные из головки придатка, очень неустойчивы к внешнему воздействию по сравнению со спермиями, полученными из хвоста придатка или из эякулята. Спермии из головки придатка могут жить вне организма несколько минут или часов, а продолжительность жизни спермиев из хвоста придатка исчисляется сутками. Спермии из головки придатка очень быстро становятся неподвижными, если их поместить в кислую среду, а спермии из хвоста придатка сохраняют способность к движению и в кислой среде. Устойчивость зрелых спермиев обусловливается их липопротеидным покровом, образующимся при продвижении спермиев по каналу придатка. Сохранение липопро-теидного покрова спермиев во время работы со спермой при проведении искусственного осеменения (сохранение, разбавление) имеет большое значение для живучести спермиев, так как покров придает им одноименный (отрицательный) электрический заряд, предотвращающий их агглютинацию под действием электрических сил.

Все нормальные, зрелые спермии обладают прямолинейным, головным поступательным движением. Движение спермия осуществляется посредством сгибания и быстрого выпрямления его хвоста, в результате колебаний спермий отталкивается от окружающей его жидкости. Сокращения хвоста происходят в одной плоскости. Однако спермий благодаря выпукло-вогнутой поверхности головки поворачивается при этом вокруг своей продольной оси. Комбинация ударов с вращением спермия вокруг своей оси и обусловливает прямолинейность его движения. Кроме того, при каждом ударе хвоста образуются токи жидкости у головки спермия, и он скользит вдоль пришедших в движение слоев жидкости, образующей «микроводовороты». Хвостик спермия проходит через них, забирая часть кинетической энергии вращения, накопившейся в завихрении. Завихрения выталкивают спермий вперед. Движения хвостиков спермиев в сыворотке толкают их вперед, а отрицательные электрические заряды всех спермиев предупреждают их столкновение. Поэтому в густой сперме сочетание двух сил (электростатического отталкивания спермиев друг от друга и их активного движения вперед) обусловливает некоторое упорядочение в расположении и движении спермиев, проявляющееся в образовании в эякуляте потоков вихреобразных движений, видимых невооруженным глазом. По степени выраженности вихревых движений можно судить о качестве спермы животного.

В настоящее время движение спермиев по половой сфере самки объясняется реотаксисом, т.е. свойством перемещаться против тока жидкости. Явление реотаксиса у спермиев доказано экспериментальным путем. Спермии, помещенные на растянутую поверхность вскрытого яйцепровода, движутся по слизистой оболочке, преодолевая сопротивление ресничек и тока жидкости, вызываемого их движением.

Движется спермий очень интенсивно. По исследованиям Бишопа и Грея, при температуре 37°С спермий производит хвостиком девять ударов в секунду, продвигаясь при каждом ударе на 8,3 мкм. Таким образом, в каждую секунду спермий проходит 74,7 мкм, а в минуту - 4462 мкм, т.е в течение одной минуты он проходит расстояние, в 60-70 раз превышающее его длину. У некоторых животных спермии движутся еще быстрее.

Спермоагглютинация - склеивание спермиев головками или всем телом вследствие ослабления или нейтрализации отрицательного электрического заряда. Спермоагглютинация может быть обратимой, если спермии склеиваются только головками и сохраняют подвижность хвоста - звездчатая агглютинация, и необратимой, когда спермии беспорядочно склеиваются друг с другом и неподвижны (мертвые) - массовая коагуляция спермиев.

Нейтрализация электрических зарядов спермиев происходит при повышении кислотности спермы и под влиянием воздействия многовалентных металлов (кальция, магния, алюминия). При кислотности (pH) 5,0-6,4 происходит звездчатая агглютинация. При дальнейшем повышении кислотности спермоагглютинация усиливается.

Установлено существование изоспермоагглютининов, вызывающих агглютинацию спермиев своего вида (например, сыворотка крови коров может агглютинировать спермиев быка), и гетероспер-моагглютининов, действующих на спермиев животного другого вида (например, сыворотка крови, влагалищный секрет, слизь из матки вызывают агглютинацию спермиев самцов другого вида и не влияют на половые клетки самцов своего вида). Образование спермоагглю-тининов является реакцией организма на парентеральное проникновение белков спермы. Поэтому у молодых, не осеменявшихся самок спермоагглютининов нет или их мало, а у осемененных, особенно у рожавших самок, их количество увеличивается. Возможность спермоагглютинации следует учитывать при использовании в качестве разбавителей спермы молока или сыворотки крови.

Агглютинацию спермиев можно преодолеть с помощью реакции антиагглютинации. В естественных условиях в половых органах самки агглютинации спермиев препятствуют антиагглютинины, содержащиеся в фолликулярной жидкости яичника и сперме (секрет простатической железы). По этой причине агглютинация в сперме здоровых животных встречается редко.

Дыхание и гликолиз спермиев. Движение спермиев связано с затратами большого количества энергии. Спермии получают ее за счет двух основных биохимических процессов: дыхания с использованием кислорода окружающей среды и фруктолиза при расщеплении сахара в бескислородной среде. Третий процесс - распад аденозинтрифос-фата - является вспомогательным. Для получения энергии спермии используют вещества, находящиеся в окружающей среде или в цитоплазме. При дыхании для окисления спермии могут использовать углеводы, липиды (фосфатиды) и белки. Однако преимущественно они окисляют моносахариды - фруктозу и глюкозу, а также молочную кислоту, образующуюся при распаде сахаров в процессе гликолиза. Расходуя углеводы для дыхания, спермии получают около 90% энергии для движения.

Спермии окисляют также многоатомный спирт - сорбит, поступающий в сперму в составе секретов пузырковидных желез. При отсутствии в окружающей среде углеводов в процессе дыхания спермии используют липиды.

В сперме жеребца и хряка, содержащей незначительное количество сахара, спермии для дыхания используют главным образом липиды. При распаде липидов в сперме образуется глицерин, который при дыхании может окисляться с образованием молочной кислоты, фруктозы.

В процессе окисления углеводов образуются двуокись углерода (С0 2), вода и большое количество энергий. При окислении одной грамм-молекулы сахаров образуется 680 000 малых калорий энергии.

Процесс дыхания осуществляется при помощи ферментов (ци-тохромоксидазы, карбоксидазы, дегидрогеназы и др.), содержащихся в сперме.

На процесс дыхания оказывает влияние температура и степень кислотности или щелочность среды. При понижении или повышении температуры на каждые 10°С соответственно ослабляется или увеличивается в 2 раза дыхание. В кислой среде дыхание ослабляется, а в щелочной - усиливается. Сперма высокого качества характеризуется большой интенсивностью дыхания.

Гликолиз (фруктолиз) - получение энергии за счет расщепления сахара в бескислородной среде. Он осуществляется при участии ферментов (дегидрогеназа и др.), а также фосфорной кислоты. В результате расщепления глюкозы (фруктозы) образуются молочная кислота и энергия.

При фруктолизе образуется в 20 раз меньше энергии на одну грамм-молекулу сахара, чем при дыхании. Таким образом, спермин в бескислородной среде затрачивают во много раз больше питательных веществ. Но этот процесс имеет для спермиев важное значение, когда сперма попадает в половые органы самки, где кислорода нет.

Фруктолиз значительно выражен в сперме быка, барана и козла, в которой содержится сравнительно большое количество сахара. Для спермы этих животных характерен также высокий уровень дыхания.

В сперме жеребца и хряка имеется очень мало сахара, и фрукто-лизы в ней по существу нет. У этих животных спермии получают энергию в основном за счет дыхания.

Однако сперма жеребца и хряка, разбавленная средой, содержащей глюкозу или другой сахар, может сохраняться длительное время без доступа воздуха за счет фруктолиза (или гликолиза).

По характеру происходящих в сперме различных животных обменных процессов ее разделяют на два типа. К первому относят сперму быка, барана, козла, в которой происходят дыхание и фруктолиз. Сперма этих животных незначительно разбавлена секретами придаточных половых желез, содержит большое количество сахара и мало солей, имеет интенсивный фруктолиз.

Ко второму типу относят сперму жеребца и хряка, в которой происходит только дыхание. У этих животных в сперме почти нет сахара и не происходит фруктолиз. Она разбавлена значительным количеством секретов придаточных половых желез и содержит много солей.

Анабиоз и его значение при хранении спермы. Образовавшаяся молочная кислота выделяется через оболочку спермия в окружающую среду. Накопление молочной кислоты в сперме приводит к замедлению или полному прекращению движения спермиев. Спермии при этом впадают в состояние анабиоза, в котором значительно затормаживаются процессы дыхания и фруктолиза, что способствует более длительному сохранению спермиев.

Спермии переходят в состояние анабиоза и при понижении температуры. Низкие температуры, так же как и кислая среда, тормозят жизненные процессы спермиев и в то же время сохраняют их энергию. Подщелачивание или нагревание спермы до температуры тела восстанавливает подвижность спермиев.

Применяемые в практике осеменения методы хранения спермы основаны на переводе спермиев в состояние анабиоза. Большая концентрация молочной кислоты действует на спермиев губительно.

Движение спермиев. Главное отличие спермиев от других клеток - их способность к энергичному, активному движению за счет энергии дыхания и гликолиза. Для движения спермиев, как и для мышечной работы, необходимо особое вещество - АТФ. В сперме плодовитых быков его содержится от 7 до 11 мг%; при снижении количества АТФ до 3 мг% и более оплодотворяющая способность спермы ухудшается. Установлено, что в спермии под влиянием фермента спермозина (аналога мышечного белка актомиозина) молекула АТФ распадается на фосфорную кислоту и аденозиндифосфат (АДФ). В результате этого процесса спермии получают энергию, обеспечивающую их подвижность. Оптимальная ферментативная активность спермозина отмечается при pH 8,3.

Различают несколько видов движения спермиев - прямолинейно-поступательное (спермии активно перемещаются вперед по прямой линии), манежное (спермии вращаются вокруг своей головки или перемещаются по кругу радиусом, равным примерно длине спермия), колебательное (спермий на одном месте изгибается вправо и влево).

Центр движения спермия находится в его шейке и теле. При отрывании хвоста от тела он становится неподвижным, тогда как спермии без головки могут продолжать двигаться.

Прямолинейно-поступательное движение спермиев является нормальным движением, а манежное и колебательное - патологическими. Движение спермиев осуществляется при помощи хвоста. Он изгибается в одну сторону, а затем быстро выпрямляется. Такие движения хвоста быстро повторяются, и в результате его отталкивания от жидкости, в которой он находится, спермий продвигается вперед. В 1 с хвост спермия быка при температуре 37°С производит девять ударов. Ложечкообразная форма головки спермия при односторонних движениях хвоста обеспечивает его вращение вокруг своей продольной оси. Сочетание ударов хвоста с вращением вокруг оси приводит к прямолинейно-поступательному движению спермия. Спермии сельскохозяйственных животных в нормальных увловиях движутся с большей скоростью (4-6 мм/мин).

Манежное движение появляется у ослабленных спермиев после их длительного хранения или когда головка набухает и изменяет свою обычную ложечкообразную форму.

Колебательное движение наблюдается при ослаблении спермия, когда движения хвоста становятся слабыми и медленными. Колебательные движения могут быть и у нормального спермия при низкой температуре и кислой реакции среды, когда замедлено образование энергии для движения. Подогревание или подщелачивание спермы вызывает восстановление прямолинейно-поступательного движения.

Нормальные спермии в медленно текущем потоке движутся в одном направлении - против тока жидкости. Эта особенность называется реотаксисом. Благодаря реотаксису спермии движутся в яйцеводе навстречу яйцеклетке. Мертвые, неподвижные спермии перемещаются с током жидкости.

Влияние на спермиев условий внешней среды. На жизнедеятельность спермиев вне организма производителя оказывают влияние разнообразные условия внешней среды - свет, температура, осмотическое давление в жидкой части спермы, реакция среды, растворы солей, химические вещества, медикаменты, микробная и грибковая загрязненность.

Влияние света. Рассеянный дневной свет не оказывает вредного влияния на спермиев. Под влиянием же прямых солнечных лучей движения спермиев сначала усиливаются, а через 20-40 мин они погибают. Отрицательное действие солнечных лучей объясняется влиянием на спермиев ультрафиолетовой части спектора, активизирующей химические процессы, и термическим влиянием инфракрасных лучей. Поэтому при проведении осеменения нужно оберегать сперму от воздействия ультафиолетовых лучей солнца и бактерицидных ламп.

Вся работа со спермой должна проводиться в закрытых помещениях. Поскольку рассеянный свет не влияет на спермиев, для сохранения спермы можно пользоваться обычной стеклянной посудой, а еще лучше посудой из оранжевого стекла, которое задерживает ультафиолетовые лучи. В лаборатории пунктов осеменения на окна следует повесить капроновые или полиэтиленовые занавески.

Влияние температуры на движение и жизненные процессы спермиев весьма сильно. При температурах, близких к температуре тела животных (37-39°С), спермии движутся наиболее активно, но быстро погибают. Это объясняется тем, что при активном движении спермиев происходят быстрый расход энергетических ресурсов, содержащихся в сперме, и значительное накопление молочной кислоты (в сперме барана и быка), которая вызывает отравление спермиев.

Температура выше 39°С вызывает быструю остановку движения спермиев и их гибель из-за коагуляции (свертывания) белка.

Если температура ниже температуры тела животных, то движение спермиев замедляется. При постепенном охлаждении спермы до температуры около 0°С движение спермиев прекращается, и они переходят в состояние анабиоза. При подогревании спермы до температуры 37-39°С их подвижность восстанавливается. При низких температурах спермии сохраняют жизнеспособность длительное время. Большинство методов хранения спермы связано с ее охлаждением. Однако быстрое охлаждение спермы, скачкообразные переходы от высоких температур к низким вызывают у спермиев температурный шок. Под температурным шоком понимают реакцию спермиев на быстрое охлаждение. Она выражается в потере способности спермиев оживать при подогревании и разбавлении спермы специальными разбавителями, появлении уродливых форм спермиев. Если сперму быстро охладить хотя бы до 15-17°С, у спермиев может произойти температурный шок. Предложено много теорий и гипотез, но ни одна из них не объясняет причин и механизмов возникновения у спермиев температурного шока.

Ф.И. Осташко считает, что в механизме шока важную роль играют осмотические и диффузионные процессы. Чем медленнее протекают эти процессы, тем меньше проявляется температурный шок. Вот почему замедленное охлаждение является основным способом предупреждения возникновения температурного шока спермиев. Наиболее чувствительна к быстрому охлаждению свежеполученная сперма производителей. Особенно легко возникает температурный шок при охлаждении свежеполученной спермы ниже 18°С, поэтому в помещениях для исследования спермий температура не должна быть ниже 18°С. После выдержки свежеполученной спермы при комнатной температуре в течение 1-2 ч она становится менее чувствительной к быстрому понижению температуры. В сперме, имеющей нейтральную или щелочную реакцию, спермии сильнее реагируют на температуру, чем в сперме со слабокислой реакцией.

Низкие температуры отрицательно влияют на живые существа, потому что при замерзании разрушается цитоплазма их клеток (во время ее кристаллизации). Для объяснения отсутствия отрицательного влияния низких температур на спермиев предложена гипотеза о стекловидной форме замерзшей цитоплазмы (витрификация). Согласно этой гипотезе цитоплазма при охлаждении может затвердевать стекловидно (без кристаллизации). При стекловидной форме цитоплазма затвердевает без выделения воды и без резкого смещения молекул, вследствие чего не нарушается ее обычная структура.

При постепенном охлаждении спермы до 6-10°С в ней интенсивно происходит кристаллизация, что вызывает быструю гибель спремиев.

Для стекловидного затвердевания жидкостей при приближении их температуры к 0°С необходимо их резко охладить, чтобы быстро проскочить критическую фазу. Для «расстекловывания» цитоплазмы сперму нужно быстро нагревать, чтобы произошло расплавление и тоже без фазы кристаллизации.

Возможность возникновения температурного шока следует учитывать, особенно при работе со спермой быка и барана, у которых вследствие малого объема эякулята сперма охлаждается очень быстро. Температурный шок легко наступает при проведении осеменения в холодную погоду, при пользовании холодными инструментами, при несоблюдении правил хранения и перевозки спермы.

Реакцию спермиев на температуру следует расценивать как их приспособление в процессе эволюции. Известно, что в придатке те-стикулы спермии находятся в состоянии естественного анабиоза при температуре более низкой, чем температура тела, вследствие этого они могут долго сохранять свою жизнеспособность. Только после смешения спермиев с секретом придаточных половых желез они получают способность к активному движению. Попав же в половой аппарат самки, спермии (в условиях температуры тела) начинают двигаться с максимальной интенсивностью. Это обусловливает их наиболее быстрое продвижение по половому тракту к яйцепроводам и навстречу яйцевой клетке.

Разбавление спермы средой с желтком куриного яйца повышает устойчивость спермиев к температурному шоку.

Чтобы избежать гибели спермиев от температурного шока, необходимо все работы со свежеполученной спермой на племенных предприятиях или пунктах осеменения проводить при температуре 18- 25°С. Такую же температуру должны иметь среды, используемые для разбавления спермы, посуда, приборы, инструменты, соприкасающиеся со спермой.

Для профилактики вредного действия высокой температуры окружающей среды (южные страны) племенные предприятия и пункты строят из малотеплопроводного материала (саман, кирпич), а работу по осеменению производят рано утром и вечером.

Влияние осмотического давления. Как известно, при растворении какого-либо химического вещества в воде в ней возникает осмотическое давление. Осмотическое давление раствора прямо пропорционально концентрации растворенного вещества (при постоянной температуре), т.е. с повышением концентрации растворенных веществ в жидкости увеличивается и осмотическое давление. Раствор, имеющий одинаковое осмотическое давление, называют изотоническим, повышенное давление - гипертоническим, пониженное давление - гипотоническим. Осмотическое давление в сперме создают растворенные в ней соли, сахара и другие вещества. В свою очередь, спермии могут изменять химический состав спермы посредством наводнения ее продуктами своей жизнедеятельности. По этой причине величина осмотического давления спермы непостоянная. У быка, например, при 0°С она колеблется от 4,812 до 9,142 атм, а в среднем равна 6,95 атм. В связи с этим важно учитывать как физические, так и химические свойства жидкой части спермы.

Спермии очень чувствительны к изменению осмотического давления, т.е. к концентрации вещества в жидкости, в которой они находятся. Ее осмотическое давление должно быть равным внутреннему осмотическому давлению спермиев. Если спермии поместить в гипотонический раствор или в обыкновенную воду, они быстро погибают вследствие повышения внутреннего давления. Под влиянием гипотонического раствора хвостики спермиев набухают и закручиваются кольцом или полукольцом. Если сперму смешать с гипертоническим раствором, спермии тоже погибнут, но уже от обезвоживания. Они сморщиваются, их хвостики приобретают зигзаговидную форму. Исключительно губительно для спермиев быстрое изменение осмотического давления. При прочих благоприятных условиях спермии могут сохранять свою жизнеспособность только в изотонических растворах.

У спермиев животных разных видов осмотическое давление неодинаково. Так, раствор виноградного сахара будет изотоничен сперме барана в концентрации 6,4, быка и хряка - 6, жеребца - 7,2; кролика - 5,4; собаки - 5-7%. Раствор тростникового сахара (сахароза) изотоничен сперме жеребца при 11%-й концентрации. Спермии меньше реагируют на отклонение осмотического давления в сторону гипертонии, чем в сторону гипотонии.

При осеменении животных необходимо строго следить за тем, чтобы все растворы, применяемые для разбавления спермы, были изотоничными и чтобы сперма не соприкасалась с водой. Обычная питьевая вода может содержать (в зависимости от условий местности) значительное количество различных солей, поэтому раствор, приготовленный без учета солевого состава воды, может оказать вредное влияние на спермиев.

Надо оберегать сперму от испарения ее жидкой части, например, от подсыхания в спермоприемнике, при исследовании под микроскопом и при других манипуляциях, при которых может повыситься концентрация солей в сперме. Надо оберегать сперму и от недостатка солей. Например, несколько капель дистиллированной воды, образовавшейся на стенках спермоприемника вследствие разности температуры (конденсация), могут оказать пагубное влияние на эякулят барана или быка.

Влияние реакции среды. Подвижность и выживаемость спермиев зависят от реакции окружающей их среды или степени ее кислотности (pH). Дистиллированная вода имеет нейтральную реакцию - pH около 7,0; при кислой реакции pH будет меньше 7,0, а при щелочной - больше 7,0.

В придатке семенника спермии находятся в кислой среде (pH 5,57-6,90). Во время эякуляции содержимое придатка семенника смешивается со щелочными секретами придаточных половых желез, отчего реакция спермы изменяется в нейтральную или слабощелочную (pH 7,0). Реакция свежеполученной спермы быка и барана слабокислая (pH 6,5-6,7), а спермы хряка и жеребца слабощелочная (pH 7,2-7,6), что связано с большой или меньшей степенью разбавления жидкости придатка секретами придаточных половых желез.

В свежеполученной сперме с нейтральной или слабокислой реакцией спермии обладают большей жизнеспособностью, чем со щелочной реакцией. При хранении вследствие накопления молочной кислоты происходит увеличение кислотности спермы быка и барана. Движение спермиев при этом тормозится, и они впадают в анабиоз.

Щелочная среда активизирует подвижность спермиев. В сперме жеребца и хряка, разбавленной большим количеством щелочных секретов придаточных половых желез, спермии, находясь в активном движении, быстро расходуют энергетические вещества и живут сравнительно недолго. При хранении спермы этих производителей ее реакция изменяется в более щелочную сторону. Это происходит в результате улетучивания образующейся при дыхании углекислоты и накопления аммиака, повышающего щелочность.

Изменения реакции среды неблагоприятно отражаются на жизнеспособности спермиев. Однако сперма обладает способностью противодействовать резкому изменению реакции ее среды. Такое свойство спермы называется буферностью. Буферами в сперме являются соли слабых кислот (угольной, лимонной, молочной, фосфорной) и белки.

Под воздействием сильной кислоты соли слабых кислот отдают свой металл этой кислоте и нейтрализуют ее. Так же происходит и нейтрализация щелочей. Белки спермы, являясь одновременно слабыми кислотами и слабыми основаниями, способны связывать кислые и щелочные вещества. Соли лимонной кислоты являются в сперме наиболее сильным буфером. Сперма быка и барана отличается наибольшей буферностью.

Переживаемость спермиев вне организма зависит от свойств кислоты. Под воздействием органических кислот (молочной, уксусной, янтарной, масляной и др.) движения спермиев прекращаются при наибольшей кислотности среды. Неорганические кислоты (НС1, Н 2 80 4 , Н 3 Р0 4 и др.), наоборот, даже в значительных концентрациях не оказывают отрицательного влияния на спермиев. Разница во влиянии на спермиев органических и неорганических кислот объясняется неспособностью свободных ионов проникать в клетку, а следовательно, невозможностью влияния Н-ионов внешней среды на внутриклеточные реакции. Минеральные кислоты полностью дис-соцированы в растворах, поэтому не могут оказывать влияния на реакции, протекающие в спермиях. Растворы органических кислот всегда содержат молекулы, не распавшиеся на ионы, они проникают через оболочку спермиев, разлагаются в них на ионы, обусловливая внутриклеточное подкисление.

Влияние химических веществ. Несмотря на соблюдение всех правил асептики, полученная сперма всегда более или менее загрязнена бактериальной флорой. Поиски дезинфицирующего средства, которое могло бы оказывать бактериоцидное действие на микрофлору, не влияя отрицательно на спермиев, не увенчались успехом. Исследования показали, что ни одно из современных дезинфицирующих веществ не может считаться безвредным для спермиев. В ничтожных дозах, не уловимых даже тончайшими химическими реакциями, они вредно влияют на спермиев. Этим объясняются неудачи искусственного осеменения животных, когда его проводят в ветеринарных лечебницах, амбулаториях или когда используют те же инструменты, которые приняются во время лечебной работы.

Установлено, что спермиев быстро убивают сулема в дозе 0,00001 г, марганцевокислый калий в дозе 0,00004 г, лизол, креолин, уксусная кислота в дозе 0,0003 на 1 г спермы. Щелочи и кислоты, эфир, нашатырный спирт, скипидар являются для спермиев сильными ядами. Окислы свинца, меди, железа, серебра также очень ядовиты для спермиев, поэтому в практике осеменения пользуются стеклянными или никелированными инструментами.

Ионы электролитов, находящиеся в плазме и самих спермиях, могут оказывать на спермии разнообразное действие: уплотнять или разрыхлять оболочку; нейтрализовывать электрический заряд; изменять проницаемость мембран; тормозить или, наоборот, активизировать метаболические процессы.

Электролиты состоят из катионов и анионов. Одно- и двухвалентные катионы существенно не изменяют выживаемости спермиев. Анионы оказывают более сильное влияние, чем катионы, причем действие анионов зависит от их валентности. Анионы хлоридов разрыхляют оболочку спермиев и разрушают липопротеидный покров. Анионы фосфатов, сульфатов, цитратов, наоборот, уплотняют оболочку спермиев и стабилизируют электрический потенциал. В связи с этим соли фосфорной, серной, лимонной кислот используются в составе сред для разбавления спермы.

Пары летучих органических веществ (лизола, креолина, скипидара, формалина, нашатырного спирта, эфира, йодоформа, ксероформа) губительно действуют на спермии даже на расстоянии. В связи с этим список веществ, используемых на предприятиях и пунктах искусственного осеменения для химической дезинфекции, весьма ограничен. Следует также учитывать неблагоприятное действие на спермин табачного дыма, паров одеколона, духов, чеснока, лука.

Из антимикробных средств малотоксичны нитрофураны (фура-цилин, фуразолидон). Некоторые сульфаниламиды (стрептоцид) и большинство антибиотиков в низких концентрациях безвредны, поэтому их используют в составе разбавителей для спермы.

Несмотря на то что в принципе при проведении осеменения совершенно противопоказано применение дезинфицирующих средств, все же для профилактики заразных заболеваний их вынужденно используют. Наиболее приемлем для этого чистый спирт-ректификат. По сравнению с другими дезинфицирующими средствами он легче удаляется с инструментов (быстро испаряется) и хорошо растворяется в воде. Однако надо иметь в виду, что 0,5%-й раствор спирта очень быстро убивает спермиев. Спирт-сырец, денатурированный, недостаточно очищенный от сивушных масел и других примесей, совершенно непригоден в работе по осеменению животных.

Влияние микробной и грибковой загрязненности. Имеется прямая связь между степенью микробной и грибковой загрязненности, качеством спермы и оплодотворяемостью животных. В естественных условиях у здоровых производителей в извитых канальцах семенника, придатках, спермиопроводах и начальной части уретры микроорганизмы отсутствуют. Таким образом, сперма инфицируется при ее прохождении через мочеполовой канал и при соприкосновении с внешней средой. Количественный и качественный состав микроорганизмов в сперме сильно колеблется в зависимости от здоровья, гигиенического состояния производителя, стерильности искусственной вагины, манежа, лаборатории, срока хранения спермы и многих других факторов. Установлено, что при исследованиях воздуха помещений племенных предприятий и пунктов осеменения выделено 15 видов грибов, среди которых имелись патогенные и токсические. Особенно много микроорганизмов отмечается в воздухе помещений, где содержатся производители. При плохих гигиенических условиях в 1 м 3 воздуха находится до 1,6 млн микроорганизмов. В 1 мл спермы быков, выращенных в плохих гигиенических условиях, содержится от 85 млн до 230 млн микроорганизмов. У хряков одним из источников сильного загрязнения спермы микроорганизмами является дивертикул препуция (слепой мешок). Как установили И.Г. Мороз и М.П. Рязанский, после дивертикулэктомии микробное загрязнение спермы резко снижается, повышается опло-дотворяемость и плодовитость свиноматок.

Загрязнение спермы патогенными микроорганизмами может обусловить распространение при осеменении трихомоноза, вибриоза, бруцеллеза, туберкулеза, лептоспироза, ящура и других инфекционных и инвазионных болезней. Сперма является хорошей питательной средой для сохранения и размножения многих патогенных и непатогенных микроорганизмов. При этом ни антибиотики, ни низкая температура при длительном хранении спермы не уменьшают количество в ней микробных тел и не обеспечивают ее обеззараживания, так как видовой состав микробов необычайно разнообразен. В видовом отношении микрофлору, обитающую в сперме, подразделяют на четыре группы: сапрофитная, патогенная, условно патогенная, протозои и риккетсии.

Из условно патогенной микрофлоры в сперме быков-производи-телей обнаруживают синегнойную и кишечную палочки, стафилококки, стрептококки, протеи и др. Наиболее патогенной является синегнойная палочка.

Г.В. Зверева и А.Н. Репко установили, что в свежей и разбавленной сперме наряду с бактериями встречаются грибы, обладающие патогенными и токсическими свойствами. Они выделили 21 вид гриба. Такие патогенные грибы, как Candida albicans , Aspergillus fumigatus, Lichtheimia eirymbifera, способствуют возникновению эндометритов у коров, а при наступлении беременности вызывают гибель эмбрионов и плодов.

Микробы, попавшие в сперму, располагаются в основном около спермиев, а часть из них - непосредственно на спермиях - на головке, шейке, теле, хвостике. При воздействии микробов происходит набухание, а затем разрушение, распад перфоратория (колпачка) головки и всей оболочки спермия.

Для осеменения допускают сперму с содержанием микробных тел не более 5 тыс. при отсутствии патогенной микрофлоры и синегнойной палочки. Свежая неразбавленная сперма производителя должна иметь колититр (наименьшее количество исследуемого материала, в котором содержится одна кишечная палочка) не более 1: 10.

Повторение пройденного

• 1. Особенности биологического строения и физиологического состояния спермиев.
• 2. Спермиогенез. Биологическая роль придатка семенника.
• 3. Особенности движения спермиев в половых органах самца.
• 4. Влияние внешней среды на выживание спермиев.
• 5. Значение фруктолиза в сперме быка, барана и козла.
• 6. Видовые особенности строения спермиев у разных видов животных.

Строение сперматозоида: 1 - «головка»; 2 - «шейка»; 3 - средняя часть; 4 - жгутик; 5 - акросома; 6 - ядро; 7 - центриоли; 8 - митохондрии.

Сперматозоид млекопитающих имеет форму длинной нити. Длина сперматозоида человека 50–60 мкм. В строении сперматозоида можно выделить «головку», «шейку», промежуточный отдел и хвостик. В головке находится ядро и акросома. Ядро содержит гаплоидный набор хромосом. Акросома - мембранный органоид, содержащий ферменты, используемые для растворения оболочек яйцеклетки. В шейке расположены две центриоли, в промежуточном отделе - митохондрии. Хвостик представлен одним, у некоторых видов - двумя и более жгутиками. Жгутик является органоидом движения и сходен по строению со жгутиками и ресничками простейших. Для движения жгутиков используется энергия макроэргических связей АТФ, синтез АТФ происходит в митохондриях.

Сперматозоид открыт в 1677 году А. Левенгуком.

Именно ядро несет в себе генетический отцовский материал. Головка, в которой располагается ядро, спереди оснащена акросомой, которая помогает сперматозоиду проникнуть в женскую половую клетку. Шейка и тело сперматозоида состоит из митохондрий и спиральных нитей, которые обеспечивают активность движения мужской половой клетки.

Подвижность сперматозоида самая основная его качественная характеристика. Подвижность обеспечивает хвост сперматозоида за счет совершения однотипных ударов. Высокая подвижность сперматозоида может играть более значительную роль, чем их количество в семенной жидкости. Если в сперме подвижными являются приблизительно только сорок процентов сперматозоидов, то это говорит о патологии, в таком случае шансы на оплодотворение яйцеклетки значительно уменьшаются.

В настоящее время в медицине существует такой термин как астенозооспермия, что представляет собой уменьшение количества подвижных сперматозоидов и снижение их скорости движения в семенной жидкости. Причины, по которым у некоторых людей возникает данная патология, до сих пор полностью не известны. Часто это явление может быть спровоцировано наличием в сперме различных бактерий или инфекцией плазмы спермы. Не редко астенозооспермия является причиной бесплодия у мужчин или же врожденных патологий плода.

Иногда случается так, что в эякуляте возможно вообще отсутствие сперматозоидов, а вместо них наличие других клеток сперматогенеза, это явление носит название азооспермии. Чаще всего причинами этой патологии являются врожденные нарушения. Иногда азооспермия может так же стать последствием влияния на организм токсических сильных препаратов, таких как алкоголь, химические препараты, радиация.

Если же сперма характерна полной неподвижностью сперматозоидов, то это может говорить о таких патологиях как акиноспермия или некроспермия. Акиноспермия говорит о том, что в сперме присутствуют живые сперматозоиды, которые полностью неподвижны и не способны к оплодотворению яйцеклетки. Часто такое нарушение может быть вызвано различными заболеваниями половых желез. Некроспермия в свою очередь характеризуется наличием в сперме нежизнеспособных сперматозоидов. Некроспермию разделяют на обратимую и необратимую. В случае обратимой некроспермии или как ее еще называют ложной, жизнедеятельность сперматозоидов удается восстановить. Если же выявлена необратимая некроспермия, лечение произвести невозможно, причины ее возникновения до сих пор неизвестны.

Срок жизни сперматозоида при попадании его во влагалище обычно достигает 2- 2,5 часов. Если сперматозоид проник в шейку матки, то этот срок увеличивается до 48 часов. Каждый сперматозоид несет в себе Y- или X- хромосому, которые и определяют в последствии при оплодотворении яйцеклетки будущий пол ребенка. В основном женскую половую клетку может оплодотворить только один сперматозоид. При этом если в оплодотворении будет участвовать сперматозоид, который несет в себе Y- хромосому, то это определят пол ребенка как мужской, при наличии у сперматозоида X- хромосомы пол ребенка будет женским.

О мужских половых клетках – сперматозоидах, не так много знают даже сами мужчины. А ведь информация о том, как устроены и функционируют эти клетки может быть весьма полезной, особенно для тех, кто планирует зачатие малыша и заботится о своем репродуктивном здоровье. В этом материале мы постараемся как можно подробнее рассказать о спермиях и о том, как поддерживать здоровье мужчины в надлежащей форме.

Что это такое?

Сперматозоид – это половая клетка мужского организма (гамета). Название клетки происходит от трех древнегреческих слов, означающих «семя», «жизнь», «вид». По сути, в названии и кроется ответ на вопрос о главной функции этих маленьких и очень подвижных клеток. Это размножение, продолжение рода. Спермии зарождаются, зреют и выходят наружу только для того, чтобы оплодотворить женскую яйцеклетку, передать ей свой генетический материал, который вместе с женским станет базовым и определяющим генетическим набором для будущего малыша. Из оплодотворенной яйцеклетки разовьется новый организм – зародыш, эмбрион, а позднее плод.

Если внимательно посмотреть на спермий в микроскоп, станет понятно, что он сам по себе отражает важные и длительные эволюционные процессы. По своей структуре он напоминает общего предка всех живых организмов и грибов – одноклеточное ядерное создание, способное к перемещению за счет хвостика-жгутика. Когда-то давно именно такое существо дало начало жизни в современном ее понимании.

Впервые о существовании особых подвижных клеток человечество узнало в 1677 году благодаря стараниям известного ученого Антони ван Левенгука, который изобрел микроскоп. Он поделился изобретением с товарищем – студентом-медиком Иоганном Гамом, а тот, рассматривая в чудо-устройство все, что попадалось под руку, наткнулся на странные живые клетки в собственном эякуляте. Он поделился этим открытием с Левенгуком, который первым из людей детально изучил и описал «семенных зверьков» (именно такое название он дал сперматозоидам).

Если у женщины, способной к зачатию, каждый месяц образуется только одна (редко – две) гаметы, то у мужчины их несколько десятков миллионов, вырабатываются они постоянно. Мужчина благодаря этим клеткам фертилен каждый день, женщина же может зачать только в строго определенные дни менструального цикла.

Характеристики

Поскольку у спермия есть четко обозначенная специализация, устроен он так, чтобы максимально точно и быстро выполнять возложенные на него природой обязанности. Выглядит клетка как головастик, плывущий головкой вперед. Сперматозоиду предстоит преодолеть женские половые пути, и это «путешествие» будет не быстрым и не легким. Когда мужская клетка добирается до яйцеклетки, с помощью головки заостренной формы ему нужно сделать брешь в плотных оболочках ооцита и проникнуть внутрь. Яйцеклетки достигают миллионы клеток, но оплодотворить ее должен только один представитель этой многочисленной «армии».

После оплодотворения спермий отдает яйцеклетке ДНК – набор мужчины, который сливается с набором женской клетки. Так зарождается новая, уникальная, неповторимая жизнь, аналогов которой на планете нет. С момента зачатия сперматозоид определяет, какого пола ребенок через 9 месяцев появится на свет. Виды сперматозоидов включают в себя два типа клеток – несущие половую хромосому Х и несущие хромосому Y. Если яйцеклетка оплодотворена спермием Х, рождается девочка, если же первым успевает гамета Y, родится мальчик, наследник.

В момент зачатия в результате слияния ДНК матери и отца с первых же минут определяется, какого цвета будут у ребенка волосы и глаза, какого роста он будет, где будут расположены родинки и веснушки, какими талантами и способностями малыш будет обладать, какими врожденными недугами может страдать. Как минимум половину этой информации несет в себе сперматозоид.

Размер спермия очень маленький. Эта клетка по праву считается самой мелкой в организме, если учитывать размер только одной головки и не брать в расчет хвостик. В длину сперматозоид в среднем равен 55 мкм, причем около 45 мкм (то есть большая часть длины) – это хвостик. Природа создала мужскую гамету такой маленькой не случайно – мелкие размеры способствуют большей подвижности. Когда клетка созревает, сам организм мужчины не допускает, чтобы хоть одна из гамет выросла больше, чем нужно. Особые процессы искусственно подавляют рост клетки – ядро уплотняется, лишняя цитоплазма выбрасывается наружу в виде цитоплазматической капли, внутри не остается ничего лишнего – только самое необходимое.

Схема строения сперматозоида, несмотря на кажущуюся сложность, довольно проста и понятна. Гамета состоит из трех основных частей – головки, средней части и жгутика-хвоста.

Головка – округлая часть в форме эллипсоида с небольшими «вмятинками» по бокам. Они делают головку похожей на ложку. В головке располагается наиважнейшая часть спермия – ядро, несущее одинарный набор хромосом. Во время зачатия два одинарных набора (сперматозоиды и яйцеклетки) составят полноценный диплоидный набор, который будет нести информацию как о матери, так и об отце. Так формируется набор аутосом и половой хромосомы плода.

В составе головки находится и акросома – специальный пузырек, наполненный ферментами. Эти ферменты сперматозоиду пригодятся на самом финише пути, чтобы растворить оболочки женской половой клетки. Более 15 видов ферментов, которые входят в эту «боевую» смесь, выйдут наружу только тогда, когда сперматозоид столкнется головкой с яйцеклеткой.

В головке также находится место своеобразному аналогу центра управления полетом – центросоме. Это центр, регулирующий работу микротрубочек, отвечающих за движение хвостика.

Средняя часть – это перешеек, соединяющий головку и хвост. Через среднюю часть тянется сеть микротрубочек. Но хвостик ни за что не стал бы двигаться, если бы в средней части не было специальных митохондрий, которые вырабатывают АТФ и этот уникальный природный источник энергии позволяет хвостику двигаться.

Хвостик – это самая длинная и самая тонкая часть половой клетки мужчины. Состоит он из фибрилл. Форма хвостика может быть различной и это в конечном итоге определяет его подвижность, быстроту реакции на кислотность и скорость движения.

Некоторые источники добавляют к стандартному строению клетки еще одну часть – шейку. Подразумевается, что это небольшое сужение расположено между средней частью и головкой и представляет собой «крепление» между ними.

Выработка и созревание

Сперматозоиды у детей мужского пола не образуются. И в этом главная отличительная особенность мужских половых клеток от женских. Девочка рождается с большим запасом незрелых яйцеклеток в фолликулах, которые начинают созревать в подростковом возрасте, когда стартуют регулярные менструации. У маленьких мальчиков запаса сперматозоидов нет. Половые клетки впервые появляются в пубертатном периоде и вырабатываются затем на протяжении всей жизни мужчины.

Жизненный цикл спермия длится около 80-90 дней. За это время клетки успевают зародиться, пройти стадию оформления и созревания. Если не происходит эякуляции на протяжении трех месяцев, взрослые клетки погибают, им на смену приходят молодые. Таким образом, в составе спермы при семяизвержении всегда присутствуют и живые, и мертвые спермии.

Вырабатываются клетки в половых железах – яичках, расположенных в мошонке. До поры (до оргазма) «хранятся сперматозоиды» в придатках яичка, и только в момент эякуляции они смешиваются с семенной жидкостью и выходят наружу. Все время, пока спермии томятся в ожидании своего часа, они совершенно неподвижны. Активность они приобретают при смешении с семенной жидкостью за счет реакции с секретом простаты. Численность сперматозоидов невероятно велика – в одном миллилитре эякулята их более 20 миллионов у здорового мужчины.

Процесс зарождения и созревания сперматозоидов называется сперматогенезом. Планирующим беременность парам обязательно нужно учитывать длительность этого периода (около 90 суток) при прохождении лечения для повышения фертильности.

Какие бы замечательные и эффективные препараты для улучшения качества спермы ни принимал мужчина, первых результатов следует ожидать не ранее, чем через три месяца, когда завершится процесс обновления состава спермы.

Негативные факторы, воздействующие на мужчину в процессе сперматогенеза, могут привести к увеличению количества незрелых, мутировавших клеток, которые неспособны к оплодотворению, а если и способны, то могут «доставить» в яйцеклетку неполноценный генетический материал, что приведет к формированию пороков развития малыша хромосомного толка, к выкидышу, замиранию беременности, рождению ребенка с генетическими аномалиями.

К таким факторам относят нарушение температурного режима – перегревание мошонки, ношение мужчиной тесного нижнего белья, воздействие токсичных веществ и радиации. У мужчин в врожденными пороками развития половой системы (аномалии придатков яичек, отсутствие одного яичка, пороки семявыводящих путей) может также быть нарушена одна из стадий сперматогенеза или все они в комплексе.

Движение и подвижность

Способность двигаться у спермия приобретается за счет наличия хвостика-жгутика. По время движения хвостик интенсивно вращается вокруг своей оси, придавая гамете нужное ускорение. Движется клетка со скорость 0,1 мм в секунду или 30 сантиметров в час. Это невиданная скорость для таких маленьких клеток, именно она позволяет им избежать гибели в кислой среде влагалища и добраться до ампулярной части фаллопиевой трубы (именно там находится вышедшая из фолликула и готовая к оплодотворению яйцеклетка).

Движение начинается за доли секунд до оргазма. Малоподвижные и пока неактивные спермии, вяло ворочая по инерции хвостиками, направляются по семявыводящим путям, подталкиваемые сокращением мышц семенных канальцев, семявыносящего протока. Происходит семяизвержение, в ходе которого пассивные спермии получают солидную дозу сока простаты. Это их заметно бодрит.

А дальше начинается сражение за первенство. Плыть маленьким, но очень упрямым сперматозоидам приходится против течения. Семенная жидкость стремится к выходу из влагалища, а крошечные клетки – по половым путям выше. Куда плыть, каждый спермий «знает» на генетическом уровне. Акросома в головке очень чувствительна к кислотности и «направляет» всю клетку туда, где кислотность ниже, то есть из влагалища в матку, а оттуда в фаллопиевы трубы.

Семенная жидкость помогает только на начальном этапе – она немного снижает кислотность внутри женского влагалища, затем она попросту вытекает, исчерпав свои возможности. Часть гамет погибает еще на старте, часть – при прохождении влагалища, часть – при прохождении цервикального канала шейки матки. До яйцеклетки добирается лишь незначительный процент «пловцов». Обычно это самые сильные, здоровые и подвижные клетки, слабые «сходят с дистанции» раньше.

Чтобы зачатие все-таки состоялось, из общего количества клеток, попавших после семяизвержения во влагалище, до ампулярной части фаллопиевой трубы должно добраться не менее 10 тысяч спермиев. Все они дружно атакуют яйцеклетку, активируя ферменты акросомы. Тот, кто первым сделает брешь в защитной оболочке женской клетки, с большой долей вероятности и оплодотворит ее. Сразу после этого оболочки становятся непроницаемыми для остальных «соискателей» и они через несколько дней погибают.

Ученые выяснили, что в ходе движения сперматозоиды способны на настоящие чудеса, объяснить которые с точки зрения науки пока не удается. Так, мужские гаметы могут не только пробиваться против течения, но и преодолевать препятствия, а также заниматься активным поиском. До сих пор неясно, каким именно образом сперматозоиды находят яйцеклетку в широкой части маточной трубы, но они никогда не используют метод хаотичного брожения (авось, попадется яйцеклетка), все спермии четко плывут только туда, где она расположена, безошибочно определяя направление (правая или левая труба), место дислокации клетки в ампулярной части трубы, а также ее готовность к зачатию.

При патологических формах гамет, если у сперматозоида нарушена структура головки, хвостика, имеется сразу два или три хвостика, клетка не сможет полноценно двигаться, она будет кружиться на месте, пока ее не убьет кислотность во влагалище, или поплывет зигзагами, или же вообще отправится вместе с семенной жидкостью в обратном направлении – к выходу из влагалища.

Жизнеспособность

В организме «хозяина» незрелые гаметы живут около 90 суток. Зрелые клетки способны сохранять свою активность 25-30 суток. После того, как половой акт состоялся и сперматозоиды попали в новую для себя среду, срок их жизни будет зависеть непосредственно от того, куда они попали.

На открытом воздухе спермии погибают при температуре выше и ниже комнатной за 15-20 минут. Если нет непосредственного воздействия солнечного света, а температура является комнатной, клетки могут прожить до 45 минут. Если клетки попали на одежду или белье, то они могут сохранять активность дольше – до полутора часов. Поэтому предохраняющимся методом прерванного полового сношения обязательно нужно учитывать, что забеременеть вполне реально, занеся спермии на половые органы руками с испачканной спермой одежды.

На теле женщины или на половом члене мужчины сперматозоиды могут сохранять свою жизнеспособность до 2-3 часов. Эта среда для них более благоприятна. Во влагалище кислотность убивает спермии за 1,5-2 часа. Те, кто успели уплыть из этого опасного места, имеют шансы продержаться несколько дней. В матке среда наиболее благоприятна. В ней спермии могут жить до 3-4 суток, как и в широкой части фаллопиевой трубы.

Источники:

1. Losos, Jonathan B.; Raven, Peter H.; Johnson, George B.; Singer, Susan R. Biology. New York: McGraw-Hill. pp. 1207-1209.
2. Campbell N. A., Reece J. B., Urry L. A. e. a. Biology. 9th ed. - Benjamin Cummings, 2011. - p. 1263
3. Ткаченко Б. И., Брин В. Б., Захаров Ю. М., Недоспасов В. О., Пятин В. Ф. Физиология человека. Compendium / Под ред. Б. И. Ткаченко. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009. - 496 с.
4. https://ru.wikipedia.org/wiki/Овуляция

Если сперматозоид попадает в воду, например, при соитии в ванной, предполагать наступления беременности не стоит, поскольку в водной среде мужская гамета погибает за 4 минуты в составе спермы вместе с жидкостью, а если в воду поместить отдельно взятый сперматозоид, то он погибнет за 15 секунд. Теоретически возможность забеременеть есть, но только при условии, что на объем стандартной ванны в воду будет вылито несколько литров спермы. Если в сперму капнуть «Мирамистин », клетки погибнут мгновеннно.

В презервативе спермии живут около часа, если был использован презерватив медицинский, полностью лишенный всех смазок и добавок. Если же пара пользовалась обычным презервативом из супермаркета или аптеки, то спермицидные смазки, широко применяющиеся производителями средств контрацепции, не оставят гаметам ни единого шанса. В таком презервативе полная гибель всех живых сперматозоидов наступает за 4-5 минут.

Существует теория, что разные виды гамет обладают разными характеристиками и способностью к долгой и продуктивной жизни. В частности, сперматозоиды – носители Х-хромосомы, от которой происходит зачатие девочек, согласно этой теории, менее подвижны, но дольше живут. Именно поэтому желающим родить девочку рекомендуются половые сношения за 2-3 дня до овуляции, чтобы к моменту выхода яйцеклетки из фолликула, в воронке маточной трубы остались живыми только эти Х-сперматозоиды.

Спермиям – носителям Y-хромосомы теория приписывает иные свойства – быстроту, высокую подвижность, но, увы, небольшой срок жизни. Тем, кто мечтает о сыне, рекомендуется производить половой акт в день овуляции, в крайнем случае – за сутки до или после нее.

На самом деле, медицина не располагает доказательствами этой теории. Изучение разных видов сперматозоидов не подтвердило эту теорию, тесты жизнеспособности не показали разницы между Х и Y- спермиями. И те, и другие имеют одинаковую скорость движения, и те, и другие живут и погибают не из-за наличия хромосомных отличий, а под воздействием окружающей среды. Поэтому планирование пола по овуляции видится весьма сомнительным занятием, и многочисленные форумы, на которых женщины обсуждают эффективность такого планирования, – тому самое наглядное подтверждение.

Зато жизнеспособность сперматозоидов играет огромную роль в вероятности зачатия. Чем более живучими являются половые клетки мужчины, тем больше шансов на то, что беременность наступит быстро.

Выяснить, насколько гаметы приспособлены к противостоянию внешних сред, насколько они жизнеспособны и подвижны, можно, сдав простой и информативный анализ – спермограмму.

Нормы и патологические изменения

Спермограмма (анализ спермы) дает ответ на многие вопросы, касающиеся причин семейного бесплодия, ведь в 40% случаев отсутствие зачатия происходит по причине нарушений качества или количества сперматозоидов у мужчины. Исследование проводится микроскопическими методами, подсчеты эти довольно точны, поскольку их проводят с применением специальных счетных камер и сперманализаторов.

В норме у здорового мужчины общий объем эякулята должен быть не менее 1,5-2 мл. Если он меньше, ставится диагноз «олигоспермия », если же сперма отсутствует при оргазме совсем, мужчине диагностируется аспермия. Концентрация сперматозоидов в 1 миллилитре семенной жидкости в норме составляет 15-20 миллионов клеток. Если их количество ниже, ставится диагноз «олигозооспермия». Если в семенной жидкости не удалось найти сперматозоидов вообще, диагноз звучит иначе – «азооспермия ».

Подвижность спермиев легла в основу деления сперматозоидов на четыре группы: активно-подвижные (группа А), подвижные (группа В), малоподвижные (группа С) и неподвижные (группа D). Мужчина считается репродуктивно здоровым и способным к естественному зачатию, если в его эякуляте присутствует не менее 40% спермиев группы А и В в общей сложности. Если же слабые, вялые и неподвижные вообще половые клетки преобладают с большим преимуществом, мужчине ставят диагноз – «тератозооспермия ». При полной неподвижности диагностируется акиноспермия.

Нормальные показали спермограммы подразумевают наличие в эякуляте не менее 58% жизнеспособных сперматозоидов. Если живых сперматозоидов нет, ставят диагноз «некроспермия». Особое внимание уделяется морфологическим формам. Под этим понятием подразумевается определение содержания идеальных по своей структуре сперматозоидов.

Идеальным или эталонным считается такой сперматозоид, у которого все характеристики строения (головка, шейка, средняя часть и хвостик) по форме, размеру, внешнему виду полностью соответствуют стандартам. Отсеиваются все «живчики», у которых есть хотя бы одно отклонение. Увеличенная или уменьшенная головка, деформация ее форм, наличие одновременно двух головок, утончение или утолщение средней части, укорочение или деформация хвостика, его загибы и заломы, наличие двух и более хвостиков – все это патологические формы.

Для нормального естественного зачатия необходимо, чтобы в эякуляте было не менее 4% эталонных гамет.

Клетки с патологиями головки повышают риски рождения ребенка с хромосомными патологиями в и целом снижают фертильность мужчины. Гаметы с патологиями хвостика отличаются нарушением подвижности и зачатие во многих случаях становится невозможным. При обнаружении большого количества патологических, мутировавших клеток ставится диагноз «тератозооспермия».

Бывают и другие патологии, связанные с наличием в эякуляте того, чего там быть в норме не должно – гноя и крови (пиосмермия и гемоспермия). Все перечисленные нарушения являются распространенными факторами мужского бесплодия.

Развиваются нарушения по ряду причин – от генетических врожденных аномалий строения органов репродуктивной системы до травм пениса и мошонки, которые мужчина мог получить в драке или в результате несчастного случая. Довольно часто нарушения в структуре и функциях сперматозоидов развиваются из-за неблагоприятной экологической обстановки в местности, где проживает мужчина, из-за работы на вредном производстве или из-за систематического контакта с токсичными веществами. Распространенные причины – лишний вес мужчины и нарушение его обмена веществ, гормональные сбои, пристрастие к алкоголю, никотину, наркотикам.

Пагубно на здоровье и функциях сперматозоидов сказываются постоянный стресс, недосыпание и работа в ночную смену, сидячий образ жизни и неправильное питание, перенесенные венерические заболевания и половые инфекции, особенно если они не было пролечены вовремя, а также воспалительные заболевания, такие, как простатит.

В большинстве своем нарушения состава спермы удается вылечить и фертильность мужчины возвращается. Лечение не приносит результата только при врожденном, обусловленном на генетическом уровне мужском бесплодии.

Во всех остальных случаях соблюдение рекомендаций и назначений врача помогает за 1-2 цикла сперматогенеза (за 3-6 календарных месяцев) увеличить число активных и подвижных гамет, увеличить количество эякулята, увеличить количество морфологически идеальных, эталонных половых клеток.

Как улучшить состав спермы?

Для лечения всех видов мужского бесплодия, связанных с неудовлетворительным качеством сперматозоидов, применимы общие стандарты. Конечно, многое зависит от истинной причины патологии. Если она кроется в воспалении или инфекции, сначала представителю сильного пола предстоит пройти курс лечения антибиотиками или противовоспалительными препаратами. Если причина в варикоцеле, сначала делают хирургическую операцию по устранению варикозного расширения сосудов мошонки.

Но в большинстве случаев именно универсальные рекомендации позволяют мужчине достаточно быстро повысить показатели спермограммы, улучшить качество спермы в целом и сперматозоидов в частности. В первую очередь, мужчине придется поработать над собственным образом жизни и провести соответствующую коррекцию.

Мошонку никогда ни при каких условиях нельзя перегревать! Природа предусмотрела для гамет самые оптимальные температурные условия, разместив мошонку за пределами организма, чтобы она охлаждалась. Если мужчина – заядлый поклонник бани или любит часто бывать в сауне, у него повышается риск развития патологий спермы. Это же касается и автомобилистов, которые ежедневно в холодное время года включают электроподогрев автомобильных сидений. Чтобы улучшить репродуктивное здоровье, следует отказаться от перегрева и носить удобное и просторное нижнее белье – тугие плавки, стринги, узкие брюки не только нарушают теплоотдачу, но и ухудшают кровоснабжение половых органов и органов малого таза.

Стресс разрушает сперматозоиды. Когда мужчина находится в состоянии постоянного нервного напряжения, у него меняется гормональный фон – гормоны стресса подавляют выработку тестостерона, необходимого для созревания молодых незрелых сперматозоидов. В результате количество здоровых и зрелых спермий снижается, повышается количество незрелых и неподвижных, мертвых клеток.

Решение мучающих мужчину проблем, помощь психолога и психотерапевта, смена работы и места жительства, а порой и сексуальной партнерши обычно сказывает благотворно, и уже через три месяца состав эякулята значительно улучшается.

От вредных привычек следует отказаться. Алкоголь, никотин и все виды наркотических веществ не только снижают характеристики гамет, но и приводят к их мутациям. Именно поэтому у пьющих мужчин и мужчин, имеющих проблемы с наркотиками, редко рождаются здоровые дети. Отказаться от вредных привычек лучше всего заблаговременно, как минимум за полгода, чтобы 1-2 цикла нормального сперматогенеза смогли исправить «ошибки» своего хозяина.

Желательно приступать к планированию после контрольной спермограммы , чтобы убедиться, что морфология гамет удовлетворительная.

Во всем нужна мера. Это касается в первую очередь работы, спорта и питания. Ударный труд по 26 часов в сутки пользу не принесет, поэтому для мужчины, нуждающегося в восстановлении здоровья и характеристик спермы, важен ночной сон длительностью не менее 8-9 часов. Именно по ночам в организме вырабатываются многие гормоны и ферменты. Лишенный ночного сна мужчина довольно быстро рискует стать бесплодным. Не стоит ударно заниматься тяжелой физической работой, на износ трудиться в спортзале. Любые чрезмерные физические нагрузки пагубно отражаются на состоянии сперматозоидов.

Питание для коррекции нарушения репродуктивного здоровья мужчины строится на принципах правильного питания. Оно должно быть сбалансированным, регулярным. На столе у мужчины, который мечтает о счастливом отцовстве, обязательно должны быть молоко, мясо, яйца, рыба, творог, масло, зелень, овощи и фрукты. Ради будущего ребенка на время стоит отказаться от вегетарианства, если мужчина придерживается такого мировоззрения. Фаст-фуд вообще опасен, поскольку содержит огромное количество красителей, усилителей вкуса и концентратов, которые разрушают структуру половых клеток. Если есть проблемы с весом, обязательно нужно заняться его коррекцией.

С медикаментами нужно быть осторожнее. Даже самая обычная «аскорбинка» может вызвать передозировку, что уж говорить о серьезных препаратах. Мужчинам следует принимать медикаменты только тогда, когда на этом настаивает врач. Самовольное лечение головной и зубной боли таблетками, температуры и кашля может привести к той или иной форме бесплодия. Наиболее опасны для мужских гамет антибиотики, гормональные средства (в том числе и анаболические стероиды, которые некоторые мужчины принимают для поддержания лучшей спортивной физической формы), противосудорожные, обезболивающие и психотропные лекарства. Подготовка к зачатию желательна через 3 месяца после курса лечения.

Половая жизнь должна быть размеренной. Это означает, что воздержание, как и частые сексуальные контакты, сказываются на свойствах спермы. Редкие половые контакты – верный путь к снижению количества живых сперматозоидов, увеличению вязкости эякулята, снижению подвижности гамет. Частый секс может привести к разжижению эякулята, уменьшению в нем концентрации сперматозоидов вообще и живых и активных гамет в частности.

Принимайте витамины и добавки. Специальные витаминные комплексы для мужчин и биологические добавки («Спермактив», «Профертил», «Виардо» и другие) помогут нормализовать процессы сперматогенеза на тонком клеточном и биохимическом уровне. Курсы лечения обычно длительные – от 3 до 6 месяцев.

Помимо улучшения качества спермы, такие препараты помогают справиться с преждевременным выбросом семени, усиливают либидо, частично улучшают потенцию.

Удивительные факты

Вам может быть интересны следующие факты.

• Аквариумная рыбка тетрадон имеет сперматозоиды с двумя жгутиками. Они более подвижны, чем человеческие.
• У круглых червей сперматозоиды не имеют хвостиков вообще. Овальные головки гамет перемещаются на ложноножках с маленькой скоростью.
• У кенгуру сперматозоиды работают «в паре». Они объединяются по два и вместе двигаются, помогая друг другу синхронными взмахами хвостиками. Клетки-партнеры превращаются в конкурентов только тогда, когда вместе достигают яйцеклетки.
• У мышей и крыс головки сперматозоидов имеют форму крючка.
• Человеческие сперматозоиды – одни из самых мелких в природе. Мышиные гаметы в 1,5 раза больше человеческих, а сперматозоид тритона больше гаметы человека в 5 раз!
• Объем эякулята здорового мужчины составляет ровно половину чайной ложки.

• Не стоит недооценивать спермии. Если все клетки, входящие в состав эякулята после одного стандартного полового акта, поставить друг за другом в прямую линию, получится отрезок длиной 9 километров 600 метров!
• Мертвая гамета вполне может привести к рождению живого ребенка. Если у мужчины мертвы все половые клетки, в лабораторных условиях есть возможность получить ценное ДНК из головки погибшей клетки и спровоцировать оплодотворение под микроскопом. Главное, чтобы генетический набор был полноценным.
• Женщина теряет способность к зачатию с наступлением климакса. У мужчины «фабрика гамет» работает всю жизнь. Даже пожилой мужчина может стать папой.
• Одно яичко вполне может обеспечить мужчине репродуктивное здоровье. Если второе утрачено в результате травмы или отсутствует с рождения, второе начинает производить большее количество половых клеток.

Самый известный позитивный пример – американский велогонщик американский велогонщик Лэнс Армстронг. Мужчине ампутировали одно яичко из-за раковой опухоли. Всего с одним яичком спортсмен смог стать папой пятерых крепких и совершенно здоровых малышей.

О строении, размерах и функциях сперматозоидов смотрите в следующем видео.

• Сперматозоиды
• Есть ли в смазке

Половое размножение встречается у представителей всех типов растительного и животного мира. Оно связано с образованием особых половых клеток: женских - яйцеклеток и мужских - сперматозоидов.

Для половых клеток (гамет) характерно одинарное (гаплоидное) число хромосом (см. ). Кроме того, они отличаются соотношением объемов цитоплазмы и ядра (по сравнению с соматическими клетками).

Строение мужской половой клетки (сперматозоид)

Мужские половые клетки - сперматозоиды - обычно очень мелкие и подвижные. Типичные сперматозоиды состоят из головки, шейки и хвоста.

Головка почти целиком состоит из ядра, покрытого тонким слоем цитоплазмы. Самый передний ее участок заострен, покрыт колпачком.

Шейка сужена, в ней находятся центриоль (составная часть клеточного центра) и митохондрии.

Хвост сперматозоидов состоит из тончайших волокон, покрытых цитоплазматическим цилиндром: он является органоидом движения.

Общая длина сперматозоида, включая головку, шейку и хвост, у млекопитающих и человека составляет 50-60мкм. Характерно, что сперматозоиды образуются обычно в огромных количествах (у млекопитающих их в течение жизни созревает сотни миллионов).

Строение женской половой клетки (яйцеклетка)

Женские половые клетки (яйцеклетки) неподвижны и, как правило, крупнее сперматозоидов. Обычно они имеют шаровидную форму и разнообразное строение оболочек. У млекопитающих размеры яйцеклеток сравнительно небольшие и составляют 100-200мкм в диаметре. У других позвоночных (рыб, амфибий, рептилий, птиц) яйцеклетки крупные. В цитоплазме они содержат огромное количество питательных веществ.

У птиц, например, яйцеклеткой является та часть яйца, которая обычно называется желтком. Диаметр яйцеклетки курицы составляет 3-3,5см, а у таких крупных птиц, как страусы, - 10-11см. Эти яйцеклетки покрыты несколькими оболочками сложного строения (слой белка, подскорлуповая и скорлуповая оболочки и др.), которые обеспечивают нормальное развитие зародыша.

Количество образующихся яйцеклеток обычно значительно меньше, чем количество сперматозоидов. Например, у женщины в течение жизни созреет около 400 яйцеклеток.

Строение мужских и женских половых клеток растений описано .

Развитие яйцеклеток и сперматозоидов

Созревание и развитие половых клеток называется гаметогенезом. У животных и человека он происходит в половых железах: яйцеклетки развиваются в яичниках, а сперматозоиды - в яичках.

Стадии развития

Процессы развития мужских половых клеток (сперматогенез) и женских половых клеток (овогенез) имеют ряд сходных черт. И в яичнике, и в яичках различают три разных стадии:

• Стадии размножения;
• стадии роста;
• стадии созревания половых клеток.

На первой стадии сперматогонии и овогонии (клетки - предшественники сперматозоидов и яйцеклеток) размножаются путем и число их увеличивается.

У мужчин митотическое деление сперматогоний начинается в период полового созревания и продолжается десятки лет. У женщин деление овогоний происходит только в эмбриональный период их жизни и заканчивается еще до рождения. У животных деление этих клеток зависит от сроков и периодов размножения.

Во второй стадии сперматогонии и овогонии перестают размножаться, начинают расти и увеличиваться в размерах, превращаясь в первичные сперматоциты и овоциты. Особенно значительно возрастают размеры у овоцитов. Например, у лягушек линейные размеры овоцита больше в 2 тыс. раз, чем у овогонии. Это связано с тем, что в них накапливаются питательные вещества, необходимые для развития зародыша.

Наиболее важные изменения происходят с будущими половыми клетками на третьей стадии созревания. Здесь проявляются и существенные отличия между спермато- и овогенезом. В этой зоне первичные овоциты дважды делятся путем мейоза. При первом мейотическом делении образуется крупный вторичный овоцит и мелкая клетка- первичный полоцит (первое полярное, или направительное, тельце).

При втором мейотическом делении вторичный овоцит делится на крупную незрелую яйцеклетку и мелкий вторичный полоцит (второе полярное тельце). Первичный полоцит тоже может разделиться еще на два полоцита.

Таким образом, в результате двух мейотических делений из одного первичного овоцита получается 4 клетки с гаплоидным набором хромосом - незрелая половая клетка (которая превращается в зрелую яйцеклетку) и три полоцита, которые в дальнейшем погибают.

При сперматогенезе первичный сперматоцит в зоне созревания тоже дважды делится путем мейоза. Но при этом возникают 4 одинаковых гаплоидных сперматиды. В дальнейшем они путем сложных преобразований (изменения формы, развития хвоста) превращаются в зрелые сперматозоиды.

Оплодотворение

Оплодотворение - это процесс слияния ядер сперматозоида и яйцеклетки и восстановление диплоидного набора хромосом. Оплодотворенная яйцеклетка носит название зиготы. Образование зиготы происходит только при проникновении сперматозоида в яйцеклетку.

Этот процесс у разных организмов осуществляется неодинаково. У млекопитающих проникновение сперматозоида в яйцеклетку сопровождается растворением ее оболочки при помощи различных ферментов, выделяемых сперматозоидом. У многих насекомых яйцеклетки имеют плотную оболочку, и сперматозоид проникает через небольшие отверстия. У некоторых водных организмов на поверхности яйцеклетки образуется в месте контакта со сперматозоидом небольшой воспринимающий бугорок, который затем втягивается внутрь вместе со сперматозоидом.

Обычно в цитоплазму яйцеклетки проникает только головка сперматозоида с митохондрией и центриолью, а хвост остается снаружи. Оболочка головки растворяется, ядро начинает набухать, пока не достигнет размеров ядра яйцеклетки. Затем оба ядра сближаются и, наконец, сливаются.

Иногда в яйцеклетку одновременно проникает несколько сперматозоидов, но слияние с ядром происходит только у одного из них. В зиготе все хромосомы становятся парными: в каждой паре гомологичных хромосом одна хромосома принадлежит яйцеклетке, вторая - сперматозоиду. Это явление имеет большое значение для эволюции. Организм, развивающийся из зиготы, обладает большим диапазоном комбинативной изменчивости, следовательно и более широкими возможностями приспособления к меняющимся условиям внешней среды.

Характерно для цветковых растений.