Ugrás a tartalomhoz

Funkcionális anatómia I.

János, Szentágothai, Miklós, Réthelyi (2006)

Medicina Könyvkiadó Zrt.

1.2. PROGENESIS (GAMETOGENESIS)

1.2. PROGENESIS (GAMETOGENESIS)

Az élővilágban a szaporodás egyik formája az ivaros szaporodás. Ennek során a hím gaméta, a spermatozoon, egyesül a női gamétával, az ovummal. Az ivarsejtek egyesülése a megtermékenyítés, melynek eredményeként egy új lény jön létre, a zygota.

A progenesis az ivarsejtek kialakulásának története.

Az ember szomatikus sejtjei 23 pár, azaz diploid számú chromosomát tartalmaznak. A chromosomapárok egyik tagja apai, a másik anyai eredetű. Az összetartozó chromosomapárokat homológ chromosomáknak nevezzük. A szomatikus (autosomalis) chromosomák száma 22 pár, 1 pár pedig a chromosomalis nemet meghatározó nemi (sexualis) chromosoma. Férfi sejtjeiben XY, nőében pedig XX jelű nemi chromosomapár található.

A sejtciklus G1 fázisában a szomatikus sejtek chromosomáinak mindegyike egy-egy chromatidot tartalmaz, a sejt tehát összesen 2×23, azaz összesen 46 chromatidot. A 23+23 chromosoma által képviselt DNS mennyisége n + n, összesen 2n. Annak, hogy a megtermékenyítés során létrejövő zygota az emberre jellemző 46 chromosomával és 2n mennyiségű DNS-sel rendelkezzék, az a feltétele, hogy az ivarsejtek egyenként csak 23 darab (azaz haploid számú), egy-egy chromatidot tartalmazó (azaz n mennyiségű DNS-t) chromosomával rendelkezzenek. Ezt a feltételt az ivarsejtek fejlődése, a gametogenesis biztosítja.

Az n mennyiségű DNS-t tartalmazó és haploid számú chromosomával rendelkező ivarsejtek az érési (meiotikus, meiosis = csökkenés) sejtosztódások során alakulnak ki. Ezen történések lényege legkönnyebben úgy érthető meg, ha összehasonlítjuk a meiotikus sejtosztódás során lezajló chromosomalis események leglényegesebb momentumait a mitotikus sejtosztódás chromosomalis eseményeivel.

A mitotikus sejtosztódás chromosomalis eseményei. A sejtciklus interfázisának „S” (szintetikus) szakaszában minden egyes chromosoma kettős DNS-szála (chromatid) felhasad, és a hasadt DNS bázisláncai külön-külön kettős DNS-szálakká egészülnek ki. Ennek következményeként a premitotikus sejtek chromosomáiban megkettőződött DNS-tartalom van jelen. A chromosomák száma ugyan továbbra is 2×23, de mindegyik chromosoma két chromatidot tartalmaz, tehát a mitózist elkezdő sejt DNS-tartalma 2×2n, azaz 4n.

A mitózis alatt a kétchromatidos chromosomák felsorakoznak a sejt equatorában, majd a centromérnél kettéhasadnak, és a két leánysejtbe az egyes chromosomák 1-1 chromatidja vándorol. A mitózis következtében tehát helyreáll az emberi sejtre jellemző állapot, a 2×23 egychromatidás chromosoma, és az ezek által képviselt 2n mennyiségű DNS.

A meiotikus (érési) sejtosztódások chromosomalis eseményei. Az érési osztódások kizárólag a fejlődő ivarsejtek egyes formáinál fordulnak elő. A gonadokba (testis vagy ovarium) vándorló ősivarsejtekből (primordialis ivarsejtek) spermatogoniumok (férfi), illetve oogoniumok (nő) differenciálódnak. Ezeket a szomatikus sejtekkel azonos számú, azaz 2×23 darab és 2n DNS-tartalmat képviselő, egychromatidás chromosoma jellemzi. Ezek az ivarsejtek fejlődésének ún. szaporodási szakaszában szabályos mitózisokkal újabb és újabb sejtgenerációkat hoznak létre.

A spermato-, illetve oogoniumok egy része a továbbiakban anyagfelhalmozás révén méretben megnövekedik, felkészül a két érési osztódásra.

Az első érési (meiotikus) osztódást megelőző sejtciklus „S”-fázisában az oogoniumok, illetve spermatogoniumok DNS-tartalma megkettőződik. Ennek eredményeként a meiotikus osztódásait elkezdő sejt 2×23 kétchromatidás chromosomával, azaz 4n mennyiségű DNS-sel rendelkezik.

Az első érési sejtosztódás profázisának késői szakaszában a homológ autosomalis chromosomapárok pontosan egymáshoz illeszkednek, és szorosan összetapadnak, ún. chromosomatetrádokat (2×2 chromatid) képeznek (az X és Y nemi chromosomák végükkel kapcsolódnak össze). Ez az esemény a chromosomaconjugatio (pairing, crossing over). Az ebben az érettségi állapotban lévő gametákat elsőrendű spermatocytáknak, illetve elsőrendű oocytáknak nevezzük. A chromosomaconjugatio alatt az anyai és apai eredetű chromosomák egyes génszakaszai kicserélődnek. A részleges géncsere az egyik tényező, mely biztosítja, hogy az utódokban a szülői tulajdonságok új kombinációban jelennek meg. (Alapvető különbség van az elsőrendű oocyták és elsőrendű spermatocyták chromosomaconjugatiót követő eseményeinek időbeni lezajlásában. Ennek részleteit a tüszőérés leírásakor adjuk meg.)

Az első érési osztódás későbbi fázisaiban a chromosomatetrádok a chromosomák eredeti összefekvési síkjának megfelelően szétválnak és a – most már genetikus információtartalmukban megváltozott – kétchromatidás chromosomák random módon (tehát nem külön az apai, illetve anyai eredetű chromosomák) a két leánysejt, a másodrendű oocyta, illetve másodrendű spermatocyta (praespermatida) sejtállományába kerülnek. Ez a random chromosomaeloszlás ugyancsak a szülői tulajdonságok új kombinációban való átörökítését eredményezi.

Az első érési osztódás telofázisát azonnal követi a második érési osztódás. Alapvetően fontos megérteni, hogy ezt nem előzi meg DNS-replikáció. A 2. érési osztódás során a 23 darab kétchromatidás chromosoma chromatidjai válnak szét. Ennek eredményeként a keletkező leánysejtek, az érett petesejt (ovum), illetve a spermatida, 23 darab egychromatidás chromosomával, azaz n mennyiségű DNS-sel rendelkezik.

A két érési osztódás következtében tehát megvalósul a reprodukció chromosomalis feltétele: haploid számú chromosomával és n mennyiségű DNS-sel rendelkező ivarsejtek keletkeznek.

Oogenesis: az őspetesejtek fejlődése a méhen belüli életszakaszban. A női ősivarsejtek a méhen belüli élet 3. hete során jelennek meg a szikhólyag mesodermájában. A 4-5. hét folyamán ezek a sejtek az ovarium telepébe vándorolnak.

Az ősivarsejtek az ovarium telepében oogoniumokká differenciálódnak. Mindegyiket lapos hám, a tüszőhám (epithelium folliculi) veszi körül (megoszlanak a vélemények abban a tekintetben, hogy a tüszőhám a petefészket borító coelomahámból, és/vagy a mesonephrosból származik-e). Az oogoniumok mitotikus osztódással sokasodnak (szaporodási szak). Közülük sokan befejezik az osztódásokat, és anyagfelhalmozás révén növekedni kezdenek. Utoljára megkettőzik DNS-tartalmukat, majd elkezdik az első érési osztódást. Ez azonban a profázis késői szakaszában, a chromosomaconjugatio állapotában elakad. Ezeket a sejteket elsőrendű oocytáknak nevezzük.

A magzati élet első felében az egy oogoniumból származó ivarsejteket csoportosan veheti körül a tüszőhám. Az 5. magzati hónap végére az oogoniumok és az elsőrendű oocyták együttes száma elérheti a 7 milliót. Ezt követően mind az oogoniumok, mind az elsőrendű oocyták többsége degenerálódik. A túlélő elsőrendű oocytákat az őket már egyedileg körülvevő tüszőhámmal együtt, őstüszőknek (primordialis tüsző) nevezzük. A születés táján mintegy 700 ezer–2 millió őstüsző van a két petefészekben, és valamennyi elsőrendű oocyta a chromosomaconjugatio állapotában van.

A petesejtek születés utáni fejlődése. Az őstüszők száma a pubertásig mintegy 400 000-re csökken. Ezekben az elsőrendű oocyták mindvégig a chromosomaconjugatio állapotában maradnak. Ebből az oocytakészletből mintegy 400 ér el teljes érettséget a nő nemi virágzása éveiben, és ezek közül is csak mintegy 10% kerülhet megtermékenyítésre. Kihordott terhesség ennél is jóval kevesebb esetben lehetséges.

Fontos megérteni, hogy minél későbbi ovarialis ciklus során jut el egy petesejt az ovulatióig, annál hosszabb ideig maradnak homológ chromosomái a conjugatio állapotában, és annál nagyobb az esély arra, hogy a meiotikus osztódások során a tetrádok chromosomái vagy a chromatidák nem tudnak tökéletesen szétválni. Ez az alapja annak, hogy 35 éven felüli nők terhességéből 10-szer gyakrabban születik 21-es trisomiás, más néven mongol idiotismusban szenvedő gyermek, illetve hogy általánosságban gyakori a nondysjunctiós chrornosomaaberratio, a mono-, illetve trisomia.

A pubertástól (menarche) a menopausáig az agyalapi mirigy mellső lebenyének folliculusstimuláló hormonja (FSH) hatására holdhónaponként 8–15 őstüsző indul fejlődésnek (1/1. ábra). Először az őstüsző egyrétegű laphámból álló tüszőhámja köbössé válik, és az elsőrendű oocyta tovább növekedik. Az oocyta sejthártyája a membrana vitellina, melyet kívül egy feltűnő vastagságú membrana basalis, a zona pellucida vesz körül. Az egyrétegű köbös tüszőhámmal körülvett tüsző az ún. növekedő tüsző.

1/1. ábra. A tüszőérés, a tüszőrepedés, a megtermékenyítés és a barázdálódás főbb stádiumainak sémás ábrázolása a méhkürtben és a méhüregen belül, a jelenségek feltételezett időrendjének megadásával. Rövidítések: a–c: primordialis, elsődleges, másodlagos és harmadlagos tüszők, d: tüszőrepedés, e: corpus luteum (a megtermékenyült és barázdálódó petének az ábrán feltüntetett stádiumaihoz a tüszőrepedés után eltelt órák, illetve napok tartoznak)

Ezt követően a tüszőhám többrétegűvé válik, a kötőszöveti stroma sejtjei pedig a tüsző körül tömörülnek. Ekkor a tüszőt elsődleges (primaer) tüszőnek nevezzük. A tüszőhám sejtjeinek jelentős szaporodása és megkisebbedése következményeként a tüszőhámsejtek neve már granulosasejt-réteg, a tüszőt körülvevő tömörült kötőszövet neve pedig theca folliculi.

Hamarosan üreg jelenik meg a granulosasejtek között (antrum folliculi), melyben tüszőfolyadék (liquor folliculi) halmozódik fel. Az antrum a további fejlődés során hólyagszerű üreggé növekedik. A fejlődő oocyta egy a tüsző üregébe domborodó granulosasejt-halmaz (cumulus oophorus) közepében található. Az ovum sejthártyáját, a membrana vitellinát kívülről a zóna pellucida veszi körül, az ezzel közvetlenül érintkező, hengeres alakú granulosasejt-réteg a corona radiata. A tüsző körüli theca differenciálódik: a theca interna sejtjei epitheloiddá válnak, cytoplasmájukban vacuolumok jelennek meg. Ez a steroidogenetikus sejtek jellemvonásait magán viselő sejtréteg oestrogent termel. A theca externa továbbra is a kötőszöveti sejtek alaktani sajátosságait viseli magán, és összemosódik az ovarium stromájával. A cavummal rendelkező tüszőt másodlagos (secundaer, vesiculosus) tüszőnek nevezzük.

A teljesen kifejlődött tüsző a harmadlagos (tertier) vagy Graaf-tüsző, mely mintegy 15–20 mm átmérőjű, és a petefészek felszínét kidomborítja. Mielőtt az ovulatio bekövetkezne (a ciklus kb. 14. napján), az elsőrendű oocyta befejezi első érési osztódását. Az egyik leánysejt a másodrendű oocyta, ez kapja meg a rendelkezésre álló protoplasma túlnyomó tömegét. A másik leánysejt az első sarki test (polocyta), ez alig rendelkezik protoplasmával. Mindkét sejt a zona pellucidán belül található, és 23 darab kétchromatidás chromosomával rendelkezik.

A másodrendű oocyta DNS-replikáció nélkül azonnal elkezdi második érési osztódását. Amikor a chromosomák felsorakoznak a sejt equatora mentén, az agyalapi mirigyből hirtelen felszabaduló luteinizáló hormon (LH) hatására bekövetkezik a tüszőrepedés és az ovum kiszabadulása, az ovulatio. A kiszabaduló pete a zona pellucidát és a corona radiatát is magával viszi. Az emberi petesejt mérete a szabad szemmel való láthatóság határa közelében van, 120–130 μm. A ciklusonként fejlődésnek induló 8–15 oocytából általában csak egy érik be teljesen, a többinek a fejlődése elakad (kivéve a nem egypetéjű ikerterhességeket), folliculus atresia következik be. Az atretisáló tüszőkből interstitialis mirigyek alakulnak ki, melyek egy kevés androgén hormont termelnek.

A másodrendű oocyta csak abban az esetben fejezi be a második érési osztódást, ha megtermékenyül. Amennyiben nem következik be megtermékenyülés, az oocyta a második érési osztódás befejezése nélkül elpusztul.

Spermatogenesis. A spermatozoon teljes fejlődési folyamatát spermatogenesisnek nevezzük. Ennek második, a spermatida – spermatozzon átalakulásra eső szakasza a spermiogenesis (korábbi szakkönyvekben spermiohistogenesis).

A hím ősivarsejtek a pubertás előtt a here coelomahám eredetű, tömör sejtkötegeiben találhatók. Röviddel a pubertás előtt e sejtkötegekben üregképződés indul el, melynek során kialakulnak a herecsatornácskák, a tubuli seminiferi contorti. Az ősivarsejtek ekkor spermatogoniumokká differenciálódnak, a coelomahámból és/vagy a mesonephrosból származó sejtek pedig a Sertoli-féle dajkasejtekké alakulnak.

A spermatogoniumok fejlődésének szaporodási szaka csak a pubertáskor kezdődik el, de az élet végéig folytatódik. A folyamatosan képződő spermatogoniumok egy része befejezi mitotikus osztódásait, utoljára megkettőzi DNS-tartalmát (2×23 kétchromatidás chromosoma), és miközben méretben növekszik, belép az első érési osztódás profázisába. A chromosoma conjugatio állapotában lévő hím ivarsejt alakot elsőrendű spermatocytáknak nevezzük. Az első érési osztódás chromosoma conjugatiós fázisa mintegy két hétig tart, a további fázisok már gyorsan lezajlanak. Eredményeként 2 darab másodrendű spermatocyta (praespermatida) alakul ki (23 darab kétchromatidás chromosoma). Ezek DNS-replicatio nélkül azonnal elkezdik második érési osztódásukat, melynek eredményeként, rövidebb mint egy nap alatt 2×2, azaz összesen 4 darab spermatida keletkezik (sejtenként 23 darab egychromatidás chromosomával, n mennyiségű DNS-t képviselve).

Spermiogenesis. A spermatida átlagos sejtméretű (7–8 μm), kerekded, önálló helyváltoztatásra képtelen sejt. A megtermékenyítésre alkalmas, önálló mozgásra képes spermatozoon ebből a sejtalakból a spermiogenesis kapcsán fejlődik ki. A spermiogenesis ideje alatt a spermatidák a Sertoli-féle dajkasejtek sejthártyáját maguk előtt tolva azokba „mélyen befúródnak”, azokkal szoros anyagcsere-kapcsolatot tartanak fenn. A spermiogenesis alatt a következő változásokon esik át a spermatida:

♦ a sejtmag anyaga rendkívüli mértékben kondenzálódik,

♦ a Golgi-állományból a spermatozoon fejében lévő sejtmagot mintegy kétharmad részben sapkaszerűen beborító acrosoma alakul ki,

♦ kialakul a spermatozoon végleges alakja, úgy mint a nyaka, az összekötő része (benne a spiralisan elhelyezkedő mitochondriumokkal) és a farok,

♦ a spermatida elveszti cytoplasmájának egy részét, ezáltal önálló anyagcsere-folyamatokra csak korlátozott mértékben képes, de igen gyorsan mozgó sejtté válik.

A spermatogenesis teljes időigénye mintegy két hónap.

A spermatozoonok a mellékhere csatornáiban tárolódnak és közben további érésen esnek át, mely elsősorban mozgékonyságuk biztosításához szükséges molekuláris változásokat eredményez. A mellékherében a spermatozoonok mozdulatlanok.

2.1. táblázat - Különbségek a spermatogenesis és az oogenesis között

Spermatogoniumok

Oogoniumok

Szaporodás

a pubertáskor kezdődik el

az intrauterin életben befejeződik

Számarányok

egy spermatogoniumból négy spermatozoon lesz

egy oogoniumból egy érett petesejt és három polocyta lesz

Nemi chromosomák

a spermatozoonok fele X (gynospermium), fele Y (androspermium) nemi chromosomával rendelkezik

petesejt mindig X nemi chromosomát hordoz

Fejlődés

a második érési osztódást követő spermiogenesis eredményeként alakul ki

a második érési osztódással befejeződik az oogoniumok érése

Érési folyamat

a spermatogoniumok érése folyamatos

ciklikus


A spermatozoon morfológiája. A spermatozoonnak három fő része van: fej, nyak és farok (1/2. ábra, A, B).

1/2. ábra. A spermium (A) és az ovum (C) sémás rajza. A két sejt mérete közti valós arányt a B és a C rajz összevetésekor kapjuk meg

A spermatozoon feje szemből ovoid, oldalnézetben karcsú körte alakú, elöl keskenyebb véggel. A spermatozoon feje mintegy 4-5 μm hosszú, 3 μm széles. A rendkívül tömör chromatinállományú mag elülső 2/3-át fedi az acrosomasapka.

A spermatozoon nyakában elöl, közvetlenül a mag mögött a proximalis centriolum található, a hátul elhelyezkedő distalis centriolumból indulnak ki a középdarab és a farok tengelyében húzódó microtubulusok. A nyak mintegy 1 μm hosszú.

A farok kezdeti része az 5–9 μm hosszú, 1 μm széles középdarab vagy összekötő rész. Tengelyében szabályos csillószerkezet található, de ennek külső tubulusait kívülről kilenc hosszanti orientáltságú durva rostokból álló gyűrű fogja körül. Ezt kívülről a spermatozoon spirálmenetben elrendeződött mitochondriumai fogják körül. A farok fő része felé a distalis centriolumból elkülönülő véggyűrű vagy zárólemez zárja le a középdarabot.

A farok fő része mintegy 40–50 μm hosszú. Ebben hiányoznak a mitochondriumok, helyüket a durva rostgyűrűt bordaszerűen körülölelő rostos hüvely veszi át, mely a fő rész két szemben lévő oldalán egy-egy hosszanti irányba futó oszloppá szélesedik ki. Ezek az oszlopok a durva rostgyűrű két szemben lévő elemével kapcsolódnak össze.

A farok végrésze 5–10 μm hosszú, és a microtubulusokon kívül semmilyen más struktúrelemet nem tartalmaz.

Egy ml normális ejaculatumban, melynek legnagyobb tömegét a járulékos nemi mirigyek váladéka teszi ki, mintegy 50–100 millió spermatozoon számlálható meg. A spermatozoonok mozgását a járulékos nemi mirigyek váladékai iniciálják. A farok hullámzó mozgása hajtja előre a spermatozoonokat, melyek a női nemzőcsatornában percenként 1–3 mm távolságot tesznek meg, és 24 órán keresztül megtartják megtermékenyítő-képességüket.

Kóros ivarsejtek. Előfordul, hogy egy petefészki tüszőben több oocyta fejlődik. Ezek leggyakrabban degenerálódnak, de ikerképződéshez is vezethetnek. Előfordulhatnak többmagvú petesejtek, ezek a teljes érés előtt degenerálódnak. Óriás, törpe, kétfejű, duplafarkú spermatozoonok normális spermában is előfordulnak kis százalékban.