Ανθρώπινη γονιμοποίηση

Η αντίδραση ακροσώματος για τον αχινό, μια παρόμοια διεργασία. Σημειώστε ότι η εικόνα εμφανίζει αρκετά στάδια του ίδιου σπερματοζωαρίου - μόνο ένα εισέρχεται στο ωάριο
Απεικόνιση που περιγράφει την ωορρηξία και τη γονιμοποίηση.
Η είσοδος του σπέρματος στο ωάριο με τη χρήση της κεφαλής του ακροσώματος για να διασπάσει τη διαφανή ζώνη.

Ανθρώπινη γονιμοποίηση είναι η ένωση του ανθρωπίνου ωαρίου και του σπερματοζωαρίου, που συνήθως συμβαίνει στη λήκυθο των ωαγωγών.[1] Το αποτέλεσμα αυτής της ένωσης είναι η παραγωγή ενός ζυγωτού κυττάρου, ή γονιμοποιημένου ωαρίου, που ξεκινά την προγεννητική ανάπτυξη. Οι επιστήμονες ανακάλυψαν τη δυναμική της ανθρώπινης γονιμοποίησης τον 19ο αιώνα.[2]

Η διεργασία της γονιμοποίησης περιλαμβάνει την σύντηξη του σπέρματος με ένα ωάριο. Η πιο συνηθισμένη αλληλουχία ξεκινά με την εκσπερμάτωση κατά την συνουσία, ακολουθούμενη από την ωορρηξία και τελειώνει με τη γονιμοποίηση. Διάφορες εξαιρέσεις σε αυτήν την αλληλουχία είναι δυνατές, συμπεριλαμβανόμενης της τεχνητής γονιμοποίησης, της εξωσωματικής γονιμοποίησης, της εξωτερικής εκσπερμάτωσης χωρίς συνουσία ή συνουσίας αμέσως μετά την ωορρηξία.[3][4][5] Κατά τη συνάντηση του δευτεροταγούς ωοκυττάρου, το ακρόσωμα του σπέρματος παράγει ένζυμα που του επιτρέπουν να περάσει μέσα από το εξωκυττάριο στρώμα του ωαρίου. Το πλάσμα του σπέρματος, έπειτα συντήκεται με την κυτταροπλασματική μεμβράνη του ωαρίου, η κεφαλή του σπέρματος αποσυνδέεται από το μαστίγιο του και το ωάριο ταξιδεύει προς τον ωαγωγό για να φτάσει στη μήτρα.

Η εργαστηριακή γονιμοποίηση (In vitro fertilization ή IVF) είναι μια διεργασία με την οποία τα ωάρια γονιμοποιούνται από το σπέρμα εκτός της μήτρας.

Ανατομία

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ακτινωτός στέφανος (Corona radiata)

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το σπέρμα συνδέεται μέσω του ακτινωτού στεφάνου, ενός στρώματος από θυλακοκυττάρων με το εξωτερικό του δευτεροταγούς ωοκυττάρου. Η γονιμοποίηση συμβαίνει όταν ο πυρήνας και του σπερματοζωαρίου και του ωαρίου συγχωνεύονται για να σχηματίσουν ένα διπλοειδές κύτταρο, γνωστό ως ζυγωτό. Η επιτυχημένη συγχώνευση των γαμετών σχηματίζει έναν νέο οργανισμό.

Κώνος έλξης and περιλεκιθική μεμβράνη (perivitelline membrane)

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Εκεί που το σπερματοζωάριο πρόκειται να τρυπήσει, η λέκιθος (ωόπλασμα) απομακρύνεται σε μια κωνική ανύψωση, που ονομάζεται κώνος έλξης ή υποδοχής. Μόλις το σπερματοζωάριο εισέλθει, το περιφερειακό τμήμα της λεκίθου αλλάζει σε μεμβράνη, την περιλεκιθική μεμβράνη, που αποτρέπει την είσοδο κι άλλων σπερματοζωαρίων.[6]

Προετοιμασία σπερματοζωαρίου

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Στην αρχή της διεργασίας, το σπερματοζωάριο υφίσταται μια σειρά αλλαγών, επειδή το πρόσφατα εκσπερματωμένο σπέρμα είναι αδύνατο ή λίγο ικανό να γονιμοποιήσει.[7] Το σπερματοζωάριο πρέπει να καταστεί ικανό για γονιμοποίηση (capacitation) στη γυναικεία αναπαραγωγική οδό για αρκετές ώρες, που αυξάνει την κινητικότητά του και αποσταθεροποιεί τη μεμβράνη του, προετοιμάζοντάς το για την ακροσωμική αντίδραση, Την ενζυματική διάτρηση της σκληρής μεμβράνης του ωαρίου, της διαφανούς ζώνης (zona pellucida), που περιβάλλει το ωοκύτταρο.

Διαφανής ζώνη

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Μετά τη σύνδεση με τον ακτινωτό στέφανο το σπέρμα φτάνει στη διαφανή ζώνη, που είναι μία εξωκυττάρια θεμέλια ουσία από γλυκοπρωτεΐνες. Ένα ειδικό συμπληρωματικό μόριο στην επιφάνεια της κεφαλής του σπέρματος συνδέεται με μια γλυκοπρωτεΐνη ZP3 στη διαφανή ζώνη. Αυτή η σύνδεση προκαλεί την έκρηξη του ακροσώματος, απελευθερώνοντας ένζυμα που βοηθούν το σπέρμα να περάσει από τη διαφανή ζώνη.

Κάποια σπερματοκύτταρα καταναλώνουν το ακρόσωμά τους πρόωρα στην επιφάνεια του ωαρίου, διευκολύνοντας την είσοδο άλλων σπερματοκυττάρων. Ως πληθυσμός, τα σπερματοκύτταρα έχουν κατά μέσο όρο 50% γονιδιωματική ομοιότητα, έτσι ώστε οι πρόωρες ακροσωμικές αντιδράσεις να βοηθούν τη γονιμοποίηση από ένα μέλος της ίδιας ομάδας.[8] Μπορεί να θεωρηθεί ως μηχανισμός της επιλογής συγγένειας.

Πρόσφατες μελέτες έχουν δείξει ότι το ωάριο δεν είναι παθητικό κατά αυτήν την διεργασία.[9][10]

Φλοιική αντίδραση

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Μόλις τα σπερματοκύτταρα βρουν το δρόμο τους και περάσουν τη διαφανή ζώνη, συμβαίνει η φλοιική αντίδραση. Φλοιικά κοκκία μέσα στο δευτεροταγές ωοκύτταρο συγχωνεύονται με την κυτταροπλασματική μεμβράνη του κυττάρου, προκαλώντας την έξοδο αυτών των κοκκίων με εξωκύττωση στη διαφανή ζώνη. Αυτό με τη σειρά του προκαλεί τη διασταύρωση των γλυκοπρωτεϊνών μεταξύ τους στη διαφανή ζώνη — δηλαδή τα ένζυμα προκαλούν την υδρόλυση του ZP2 σε ZP2f — καθιστώντας όλη τη θεμέλια ουσία σκληρή και αδιαπέραστη στο σπέρμα. Αυτό αποτρέπει τη γονιμοποίηση ενός ωαρίου από περισσότερα από ένα σπερματοζωάριο. Η φλοιική και η ακροσωμική αντίδραση είναι και οι δυο βασικές στην εξασφάλιση ότι μόνο ένα σπερματοζωάριο θα γονιμοποιήσει το ωάριο.[11]

Συγχώνευση

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]
Γονιμοποίηση και εμφύτευση στους ανθρώπους.

Μετά την είσοδο του σπερματοζωαρίου στο κυτταρόπλασμα του ωοκυττάρου, η ουρά και η εξωτερική επικάλυψη του σπερματοζωαρίου αποσυντίθενται και λαμβάνει χώρα η φλοιική αντίδραση, αποτρέποντας τη γονιμοποίηση του ιδίου ωαρίου από άλλο σπερματοζωάριο. Το ωοκύτταρο υφίσταται τώρα τη δεύτερη του μειωτική διαίρεση παράγοντας το απλοειδές ωάριο και απελευθερώνοντας ένα πολικό σωμάτιο. Ο πυρήνας τότε του σπερματοζωαρίου συγχωνεύεται με το ωάριο, ενεργοποιώντας τη συγχώνευση του γενετικού τους υλικού.

Κυτταρικές μεμβράνες

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Λαμβάνει χώρα συγχώνευση των κυτταρικών μεμβρανών του δευτεροταγούς ωοκυττάρου και του σπερματοζωαρίου.

Μετασχηματισμοί

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Κατά την προετοιμασία για τη συγχώνευση του γενετικού τους υλικού και το ωοκύτταρο και το σπερματοζωάριο υφίστανται μετασχηματισμούς ως αντίδραση στη συγχώνευση των κυτταρικών τους μεμβρανών.

Το ωοκύτταρο ολοκληρώνει τη δεύτερη μειωτική διαίρεσή του. Αυτό καταλήγει σε ένα ώριμο ωάριο. Ο πυρήνας του ωοκυττάρου λέγεται προπυρήνας σε αυτήν τη διεργασία, για να ξεχωρίζουν από τους πυρήνες που είναι το αποτέλεσμα της γονιμοποίησης.

Η ουρά του σπέρματος και τα μιτοχόνδρια εκφυλίζονται με τον σχηματισμό του αρσενικού προπυρήνα. Για αυτό όλα τα μιτοχόνδρια στους ανθρώπους είναι μητρικής προέλευσης. Επιπλέον, σημαντική ποσότητα RNA από το σπέρμα δίνεται στο τελικό έμβρυο και πιθανόν επηρεάζει την ανάπτυξη του εμβρύου και τον φαινότυπο του απογόνου.[12]

Αντιγραφή

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Οι προπυρήνες μεταναστεύουν προς το κέντρο του ωοκυττάρου, αντιγράφοντας γρήγορα το DNA του για να προετοιμάσουν το ζυγωτό για την πρώτη του μειωτική διαίρεση.[13]

Μίτωση

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Συνήθως 23 χρωμοσώματα από το σπερματοζωάριο και 23 χρωμοσώματα από το ωάριο συγχωνεύονται (το μισό των σπερματοζωαρίων φέρουν το χρωμόσωμα Χ και το άλλο μισό το χρωμόσωμα Υ[14]). Οι μεμβράνες τους διαλύονται, χωρίς να αφήσουν εμπόδια μεταξύ του αρσενικού και του θηλυκού χρωμοσώματος. Κατά τη διάρκεια αυτής της διάλυσης, σχηματίζεται μεταξύ τους μια μιτωτική άτρακτος. Η άτρακτος συλλαμβάνει τα χρωμοσώματα πριν να διασπαρούν στο κυτόπλασμα του ωαρίου. Στη μίτωση που ακολουθεί (που περιλαμβάνει το τράβηγμα των χρωματίδων προς τα κεντριόλια στην ανάφαση) το κύτταρο μαζεύει το γενετικό υλικό από το αρσενικό και το θηλυκό μαζί. Συνεπώς, η πρώτη μίτωση της ένωσης του σπέρματος και του ωοκυττάρου είναι η πραγματική συγχώνευση των χρωμοσωμάτων τους.[13]

Καθένα από τα δύο θυγατρικά κύτταρα που προκύπτουν από αυτή τη μίτωση έχει ένα αντίγραφο από κάθε χρωματίδα που αντιγράφτηκε στο προηγούμενο στάδιο. Συνεπώς, είναι γενετικά ταυτόσημα.

Εμβρυική ηλικία

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η γονιμοποίηση είναι το πιο συνηθισμένο συμβάν που χρησιμοποιείται για να σημειώσει την έναρξη στις περιγραφές της προγενετικής ανάπτυξης του εμβρύου. Η ηλικία που προκύπτει είναι γνωστή ως εμβρυική ηλικία (fertilization age ή fertilizational age ή embryonic age ή fetal age ή (intrauterine) developmental (IUD)[15] age.

H ηλικία κύησης (Gestational age), αντίθετα, ξεκινά από τον τελευταίο έμμηνο κύκλο (last menstrual period ή LMP) ως το αρχικό σημείο. Συμβατικά, η ηλικία κύησης υπολογίζεται προσθέτοντας 14 ημέρες στην εμβρυική ηλικία και αντίστροφα.[16] Στην πραγματικότητα, όμως, η γονιμοποίηση συνήθως συμβαίνει συνήθως μέσα σε μια μέρα από την ωορρηξία, που με τη σειρά της συμβαίνει κατά μέσο όρο 14,6 ημέρες μετά την έναρξη της προηγούμενης έμμηνης ρύσης.[17] Υπάρχει επίσης σημαντική μεταβλητότητα σε αυτό το διάστημα, με 95% διάστημα πρόβλεψης της ωορρηξίας από 9 έως 20 ημέρες μετά την έμμηνη ρύση ακόμα και για μια μέση γυναίκα που έχει μέσο όρο LMP ως προς τον χρόνο ωορρηξίας 14,6.[18] Σε μια ομάδα αναφοράς που αναπαριστά όλες τις γυναίκες, το 95% του διαστήματος πρόβλεψης του LMP ως προς τον χρόνο ωορρηξίας να είναι 8,2 μέχρι 20,5 ημέρες.[17]

Ο μέσος χρόνος γέννησης έχει εκτιμηθεί ότι είναι 268 ημέρες (38 εβδομάδες και δύο ημέρες) από την ωορρηξία με τυπική απόκλιση 10 ημερών.[19]

Η εμβρυική ηλικία χρησιμοποιείται μερικές φορές μετά τη γέννηση για να εκτιμηθούν οι διάφοροι παράγοντες κινδύνου. Παραδείγματος χάρη, είναι καλύτερος δείκτης πρόβλεψης από την μεταγεννητική ηλικία για τον κίνδυνο ενδοκοιλιακής αιμορραγίας (intraventricular hemorrhage) σε πρόωρα μωρά στα οποία χορηγείται εξωσωματική οξυγόνωση με μεμβράνη (extracorporeal membrane oxygenation).[20]

Ασθένειες

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Διάφορες διαταραχές μπορούν να προκύψουν από ελαττώματα στη διαδικασία γονιμοποίησης.

  • Η πολυσπερμία είναι το αποτέλεσμα πολλαπλού σπέρματος γονιμοποίησης ενός ωαρίου.

Όμως, κάποιοι ερευνητές έχουν βρει ότι σε σπάνια ζεύγη από διζυγωτικών διδύμων, η προέλευσή τους μπορεί να υπήρξε από τη γονιμοποίηση ενός ωαρίου της μητέρας και οκτώ σπερματοκυττάρων του πατέρα. Αυτή η πιθανότητα έχει μελετηθεί από προσομοιώσεις υπολογιστή για τη διαδικασία γονιμοποίησης.

Παραπομπές

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]
  1. ↑ Spermatogenesis — Fertilization — Contraception - Molecular, Cellular and Endocrine Events in Male Reproduction | S. Nieschlag | Springer (στα Αγγλικά). 
  2. ↑ Garrison, Fielding. An Introduction to the History of Medicine, pages 566-567 (Saunders 1921).
  3. ↑ «Archived copy». Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 22 Δεκεμβρίου 2011. Ανακτήθηκε στις 24 Ιανουαρίου 2016. 
  4. ↑ «Can Pregnancy Occur - Pregnancy Myths on How Pregnancy Occurs». americanpregnancy.org. 23 Απριλίου 2012. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 6 Ιουλίου 2014. Ανακτήθηκε στις 30 Απριλίου 2018. 
  5. ↑ Lawyers Guide to Forensic Medicine SBN 978-1-85941-159-9 By Bernard Knight - Page 188 "Pregnancy is well known to occur from such external ejaculation ..."
  6. ↑ «Fertilization of the Ovum». Gray's Anatomy. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 2 Δεκεμβρίου 2010. Ανακτήθηκε στις 16 Οκτωβρίου 2010. 
  7. ↑ «Fertilization». Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 24 Ιουνίου 2010. Ανακτήθηκε στις 28 Ιουλίου 2010. 
  8. ↑ Angier, Natalie (2007-06-12). «Sleek, Fast and Focused: The Cells That Make Dad Dad». The New York Times. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 2017-04-29. https://web.archive.org/web/20170429152707/http://www.nytimes.com/2007/06/12/science/12angi.html. 
  9. ↑ Suzanne Wymelenberg, Science and Babies, National Academy Press, page 17
  10. ↑ Richard E. Jones and Kristin H. Lopez, Human Reproductive Biology, Third Edition, Elsevier, 2006, page 238
  11. ↑ «Fertilization: The Cortical Reaction». Boundless. Boundless. Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 10 Απριλίου 2013. Ανακτήθηκε στις 14 Μαρτίου 2013. 
  12. ↑ Jodar, M.; Selvaraju, S.; Sendler, E.; Diamond, M. P.; Krawetz, S. A.; for the Reproductive Medicine Networks (2013). «The presence, role and clinical use of spermatozoal RNAs». Human Reproduction Update 19 (6): 604–624. doi:10.1093/humupd/dmt031. PMID 23856356. 
  13. ↑ 13,0 13,1 Marieb, Elaine M. Human Anatomy and Physiology, 5th ed. pp. 1119-1122 (2001). (ISBN 0-8053-4989-8)
  14. ↑ «Archived copy». Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 6 Οκτωβρίου 2016. Ανακτήθηκε στις 31 Ιουλίου 2016. 
  15. ↑ «Degradation phase of apoptosis during the early stages of human metanephros development». Biomed Pap Med Fac Univ Palacky Olomouc Czech Repub 148 (2): 255–6. December 2004. doi:10.5507/bp.2004.054. PMID 15744391. 
  16. ↑ Robinson, H. P.; Fleming, J. E. E. (1975). «A Critical Evaluation of Sonar "crown-Rump Length" Measurements». BJOG: An International Journal of Obstetrics and Gynaecology 82 (9): 702–710. doi:10.1111/j.1471-0528.1975.tb00710.x. PMID [1]. 
  17. ↑ 17,0 17,1 Geirsson RT (May 1991). «Ultrasound instead of last menstrual period as the basis of gestational age assignment». Ultrasound Obstet Gynecol 1 (3): 212–9. doi:10.1046/j.1469-0705.1991.01030212.x. PMID 12797075. 
  18. ↑ Derived from a standard deviation in this interval of 2.6, as given in: «Variability in the phases of the menstrual cycle». J Obstet Gynecol Neonatal Nurs 35 (3): 376–84. 2006. doi:10.1111/j.1552-6909.2006.00051.x. PMID 16700687. 
  19. ↑ «Length of human pregnancy and contributors to its natural variation». Hum. Reprod. 28 (10): 2848–55. 2013. doi:10.1093/humrep/det297. PMID 23922246. 
  20. ↑ Jobe, Alan H (2004). «Post-conceptional age and IVH in ECMO patients». The Journal of Pediatrics 145 (2): A2. doi:10.1016/j.jpeds.2004.07.010. 

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]