Оплодотворение яйцеклетки

Что такое яйцеклетка

Яйцеклетки (ооциты) — женские половые клетки, которые содержат в себе хромосомы. Это особые структуры, которые можно назвать «архивом данных»: они несут в себе наследственную информацию женского организма, которая необходима для формирования будущего ребёнка в случае успешного слияния женской половой клетки с мужской.

Каждая здоровая яйцеклетка содержит половую хромосому типа X. Это значит, что она отвечает за «присвоение» эмбриону только женского пола.

Запас яйцеклеток закладывается в яичниках ребёнка женского пола ещё на стадии формирования его репродуктивной системы в утробе матери. При рождении количество ооцитов у девочки может достигать 1–2 миллионов, однако с возрастом их число уменьшается. К моменту полового созревания и начала первой менструации их остаётся примерно 300–400 тысяч.

Изначальное качество у всех ооцитов разное, потому созреть смогут далеко не все. Кроме того, с возрастом их общее состояние ухудшается. Как следствие, даже зрелые яйцеклетки у женщин ближе к 40–45 годам могут быть повреждены. Это может привести к невозможности оплодотворения либо к порокам развития у плода (в некоторых случаях они делают зародыш нежизнеспособным).

Как созревает яйцеклетка

Яйцеклетки в яичниках находятся в «законсервированном» виде — они не готовы к оплодотворению в любую минуту, им нужно время на созревание.

Когда девушка входит в период половой зрелости, особый отдел головного мозга — гипофиз — начинает активно вырабатывать гормоны, регулирующие работу репродуктивной системы: лютеинизирующий (ЛГ) и фолликулостимулирующий (ФСГ).

Яичники реагируют на уровни этих гормонов в крови, постепенно включаются в работу: начинается первая фаза менструального цикла — фолликулярная.

Под действием ФСГ вырабатываются женские половые гормоны (эстрогены), а в особых структурных единицах яичников (фолликулах) начинают зреть яйцеклетки. В каждом яичнике сразу по несколько штук.

Однако не все наметившиеся яйцеклетки будут способны дать новую жизнь, а только одна — та, которая успеет созреть быстрее других. Фолликул, в котором она находится, к концу фазы (в среднем она длится 13–14 дней) становится самым крупным — доминантным.

Как только яйцеклетка созревает, доминантный фолликул разрывается и выпускает её в маточную трубу — особый «коридор», ведущий в полость матки. Однако двигаться по нему сама яйцеклетка не может — в этом ей помогает слизистая оболочка маточной трубы. Она выстлана большим количеством ресничек, которые постоянно шевелятся и медленно перекатывают яйцеклетку в нужном направлении.

Период выхода яйцеклетки из яичника и её продвижения по маточной трубе называют овуляцией. Это самое благоприятное время для оплодотворения, оно длится от 12 до 24 часов. Он сопровождается гормональным всплеском, после которого начинается вторая фаза менструального цикла — лютеиновая.

Изменение уровня гормонов во время менструального цикла

С момента овуляции повышается концентрация лютеинизирующего гормона. Он способствует выходу яйцеклетки. Как только она попадает в маточную трубу, на месте доминантного фолликула образуется временная железа — жёлтое тело. Оно вырабатывает другой гормон, необходимый для успешного зачатия, — прогестерон.

Под влиянием прогестерона слизистая оболочка матки (эндометрий) утолщается и готовится принять потенциальный зародыш. Но если слияние женской половой клетки с мужской (сперматозоидом) не происходит, жёлтое тело рассасывается. Как следствие, уровень прогестерона снижается и матка начинает отторгать лишний эндометрий — начинаются менструальные выделения, а с ними и новая фолликулярная фаза.

В норме у половозрелой здоровой девушки или женщины менструальные циклы регулярны, непрерывны и длятся в среднем 28 дней каждый. А это значит, что примерно раз в месяц, во время овуляции, у неё появляется возможность забеременеть.

По естественным причинам менструальный цикл может прерваться только в трёх случаях: наступление беременности, послеродовой период и менопауза — период «отключения» репродуктивной функции из-за старения организма. В среднем менопауза начинается в 49–51 год.

Сколько яйцеклетка живёт после овуляции

После выхода из яичника яйцеклетка остаётся пригодной для оплодотворения в среднем от 12 до 24 часов. Если в этот период мужские половые клетки не смогли добраться до маточной трубы и слиться с яйцеклеткой, она попадает в полость матки и разрушается, а её остатки выводятся из организма вместе с менструальными выделениями.

Что такое сперматозоид

Мужские половые клетки называют сперматозоидами. В отличие от женских, они формируются в яичках только после начала полового созревания. Поскольку в норме мужской гормональный фон постоянен, никаких фаз в образовании сперматозоидов нет — этот процесс протекает непрерывно. По естественным причинам он завершается только после старения организма и критического снижения уровня мужского полового гормона тестостерона.

Яички взрослого здорового мужчины могут вырабатывать миллионы сперматозоидов каждый день. Однако не все из них потенциально способны слиться с яйцеклеткой: в норме часть сперматозоидов недостаточно подвижна или обладает дефектами строения, которые препятствуют оплодотворению. Если процент здоровых и активных сперматозоидов критически низок, например из-за заболеваний репродуктивной системы, у мужчины могут появиться проблемы с фертильностью — способностью к зачатию.

Как и яйцеклетки, сперматозоиды несут в себе хромосомный набор. Однако, в отличие от женских половых клеток, мужские могут нести два варианта половых хромосом: X или Y.

Сперматозоиды несут в себе половину генетической информации, необходимой для формирования зародыша. Оплодотворивший яйцеклетку сперматозоид определяет пол будущего ребёнка

Соответственно, пол будущего ребёнка зависит от конкретного сперматозоида и от того, какая половая хромосома у него есть. Если он принесёт в яйцеклетку X-хромосому, эмбрион станет женским (XX) и родится девочка. А если у сперматозоида есть Y-хромосома, ребёнок будет мальчиком, с набором хромосом XY.

Пол будущего ребёнка зависит от того, какой сперматозоид оплодотворит яйцеклетку. Если он несёт X-хромосому, будет девочка, а если Y-хромосому — мальчик.

Как происходит оплодотворение

Когда происходит овуляция, женский организм начинает готовиться к возможному наступлению беременности. Слизистая оболочка матки утолщается, а шейка матки — самая нижняя её часть, выходящая во влагалище, — немного приоткрывается, что помогает сперматозоидам попасть внутрь. Кроме того, у многих женщин во время овуляции повышается либидо — половое влечение, а приятные ощущения от секса усиливаются.

Если во время незащищённого полового акта во влагалище попадают сперматозоиды, у них начинается настоящая гонка. И главный приз в ней — возможность выжить, оплодотворить яйцеклетку и превратиться в зародыш.

Тысячи сперматозоидов гибнут, ещё не добравшись до шейки матки, — дело в том, что влагалище обладает враждебной для мужских половых клеток кислотной средой. Продолжить борьбу смогут только те сперматозоиды, которые доберутся до шейки, преодолеют её и попадут в полость матки. Этот период длится до получаса, в среднем 15–20 минут.

В матке сперматозоиды проходят через особый процесс — капацитацию, которая позволяет им избавиться от семенной жидкости и провоцирует ряд биохимических изменений. Иными словами, сперматозоиды «активируются» и становятся готовыми к оплодотворению — в таком состоянии они могут жить в женской репродуктивной системе до 3–5 дней.

Дальнейший путь мужских половых клеток лежит в сторону маточных труб — они продвигаются по ним в поисках яйцеклетки.

Если у женщины произошла овуляция и в маточной трубе есть свежая яйцеклетка, сперматозоиды встречают её примерно посередине — в ампулярном отделе. Они окружают её и запускают акросомную реакцию. В ходе этой реакции сперматозоид упирается головкой в яйцеклетку и выделяет особые ферменты. Они растворяют наружную оболочку и позволяют ему попасть внутрь. Сперматозоид, который справится с задачей быстрее других, передаст свой генетический материал для будущего ребёнка.

Сперматозоид проникает в яйцеклетку с помощью особых ферментов, которые растворяют её оболочку

После слияния одного сперматозоида с яйцеклеткой запускается защитная реакция. Женская половая клетка превращается в зиготу, «блокирует» внешнюю оболочку, и ферменты других сперматозоидов прекращают на неё воздействовать. Это нужно для предотвращения полиспермии — попадания двух и более сперматозоидов внутрь яйцеклетки. Если механизм не сработает и в яйцеклетку попадёт несколько сперматозоидов, образовавшаяся зародышевая клетка станет нежизнеспособной.

После успешного оплодотворения клетки внутри зиготы начинают активно делиться, постепенно формируя эмбрион. Сама зигота в норме опускается в полость матки, а затем внедряется в её стенки и начинает расти. Так происходит имплантация, и у женщины начинает развиваться беременность.

После успешного оплодотворения яйцеклетки формируется зигота. Клетки внутри неё постоянно делятся, и в итоге формируется эмбрион

Когда наступает беременность после оплодотворения

В среднем с момента оплодотворения до имплантации проходит 6–10 дней. За это время внутри зиготы происходит активное деление клеток, из которых в будущем сформируется плацента, пуповина и сам плод.

Источники

1. Руководство ВОЗ по исследованию и обработке эякулята человека. 5-е изд. М., 2012.
2. Alberts B., Johnson A., Lewis J., et al. Molecular biology of the cell. 4th edition. New York, 2002.
3. Oliver R., Hajira H. Embryology, fertilization // StatPearls. 2023.
4. Che D., Wang Y., Bai W., et al. Dynamic and modular gene regulatory networks drive the development of gametogenesis // Brief Bioinform. 2017. Vol. 18(4). P. 712–721. doi:10.1093/bib/bbw056