Электронно-микроскопическое изучение сперматозоидов человека и его роль в диагностике мужского бесплодия




НазваЭлектронно-микроскопическое изучение сперматозоидов человека и его роль в диагностике мужского бесплодия
старонка1/3
Дата канвертавання30.11.2012
Памер291.88 Kb.
ТыпДокументы
  1   2   3
Электронно-микроскопическое изучение сперматозоидов человека и его роль в диагностике мужского бесплодия

Е.Е. БРАГИНА, Р.А. АБДУМАЛИКОВ, Л.Ф. КУРИЛО, Л.В. ШИЛЕЙКО

Центральный научно-исследовательский кожно-венерологический институт Минздрава РФ, Медико-генетический научный центр РАМН. Москва

Электронно-микроскопическое исследование половых клеток эякулята позволяет оценить оплодотворяющую способ­ность сперматозоидов, предположить этиопатогенетические факторы патоспермии. Ультраструктурный анализ позво­ляет выявить аномалии строения аксонемы и митохондрий жгутика сперматозоида, степень конденсации хроматина ядер сперматозоидов, наличие и морфологическую целостность акросомы головок сперматозоидов, аномалии строе­ния шейки сперматозоидов. Применение электронной микроскопии позволяет проводить дифференциальную диагно­стику генетически обусловленных и функциональных нарушений оплодотворяющей способности сперматозоидов и может быть использовано в качестве прогностического теста. Приведены примеры ультраструктурного анализа эякулята пациентов с идиопатическим бесплодием.

Ключевые слова: акросома, аксонема, мужское бесплодие, сперматиды, сперматозоиды, сперматогенез, ультраструктура, электронная микроскопия.

Разработка схемы комплексного обследования для проведения дифференциальной диагностики мужско­го бесплодия является определяющим моментом для выбора адекватных методов терапии. Если абстрагиро­ваться от анатомических и иммунологических причин инфертильности мужчин и рассматривать процесс оплодотворения на клеточном уровне, то можно вы­делить две основные причины неудач:

  1. недостаточное количество сперматозоидов или
    их отсутствие в эякуляте;

  2. функциональная неполноценность сперматозои­дов.

В первом случае для прогноза фертильности дос­таточно подсчета концентрации и общего количества сперматозоидов в 1 мл эякулята, что выявляется при рутинном лабораторном исследовании эякулята на светооптическом уровне (семиологический анализ). Нарушение функциональных свойств сперматозоидов при обычном светомикроскопическом исследовании в ряде случаев обнаружить невозможно. Для определе­ния различных параметров взаимодействия спермато­зоидов с ооцитом разработан ряд функциональных тестов. Среди таких тестов можно назвать акросомную реакцию, тест связывания сперматозоидов с блестя­щей оболочкой ооцита (HZAhemizona assay) [1]; тест проникновения сперматозоидов сквозь блестящую оболочку ооцита [2]; тест проникновения спермато­зоидов в ооцит, лишенный оболочки [3]; определе­ние деконденсации хроматина ядра сперматозоида методом окраски анилиновым синим [4]. Наряду с эти­ми тестами для установления этиологии и патогенеза патозооспермии и для оценки функционального со­стояния сперматозоидов может быть применен метод ультраструктурного анализа.

Для успешного оплодотворения ооцита и дальней­шего ее дробления in vivo сперматозоиду необходимы:

1) моторный аппарат, с помощью которого пре­одолевается относительно большое расстояние от влагалища до верхнего отдела маточной трубы, где про­исходит оплодотворение ооцита;


  1. интактная акросома, с помощью которой осуществляется пенетрация сперматозоидом оболочек ооцита;

  2. ядро сперматозоида для переноса в ооцит генетического материала мужской гаметы;

  3. центриоль зрелого сперматозоида, обеспечи­вающая митотические деления дробления эмбриона.

Электронно-микроскопические исследования по­зволяют провести качественную и количественную оценку состояния клеточных органелл сперматозои­да, участвующих в выполнении этих функций, и в ряде случаев определить причину их функциональных на­рушений [6]. Так, в прогнозировании успешного про­ведения экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) ключевыми могут быть сведения об ультраструктуре головки и акросомы сперматозоидов [6].

Процесс сперматогенеза представляет собой сложную многостадийную цепь дифференцировки мужских гамет, контролируемую сотнями генов и на­ходящуюся под влиянием множества внутренних и внешних факторов. Именно поэтому каждый клини­ческий случай нарушения сперматогенеза является уникальным и требует индивидуального подхода для выбора специфической терапии и возможности про­гнозирования наступления беременности и ее исходе и в ряде случаев – прогноза генетического здоровья потомства.

Структура нормальных сперматозоидов

Сперматозоиды человека не являются однородной популяцией. Согласно Руководству ВОЗ по спермиологическим исследованиям [7], в эякуляте фертильного мужчины должно содержаться не менее 30% мор­фологически нормальных сперматозоидов. Остальные 70% могут составлять атипичные формы, среди которых встречаются формы с аномалиями головки, шей­ки и жгутика в различном количественном соотноше­нии. У пациентов с диагнозом «тератозооспермия» часто преобладает какая-либо одна форма патологии сперматозоидов.

Проблемы репродукции, 6, 2000




а


Р
б
ис. 1.
Ультраструктура нормальных сперматозоидов в сканирующем (а) и трансмиссионном (б) электрон­ном микроскопе, × 10 000.


Г— головка; Ш— шейка; А — акросома; Я — ядро с конден­сированным хроматином; Ц — цитоплазматическая капля.

В норме зрелые сперматозоиды человека имеют плоскую овальную головку с хорошо различимой акросомой, занимающей 40—70% площади головки (рис. 1). В некоторых случаях головка может быть слегка заост­рена в постакросомном районе. Длина головки спер­матозоида достигает 3-5 мкм, толщина 2-3 мкм. Сред­ний отдел жгутика гладкий, его длинная ось совпада­ет с длинной осью головки сперматозоида (аксиаль­ное прикрепление), толщина менее 1 мкм, длина при­мерно в 1,5 раза больше длины головки. В среднем от­деле жгутика может быть видна цитоплазматическая капля (остаток цитоплазмы сперматиды), размер ко­торой не должен превышать половины площади го­ловки. Основной отдел жгутика однороден по толщи­не, немного тоньше средней его части. Жгутик не дол­жен быть закрученным, его длина достигает пример­но 45 мкм [8, 9]. Именно такие сперматозоиды состав­ляют большую часть клеточной популяции в верхних отделах шейки матки после коитуса, т.е. именно такие сперматозоиды преодолевают ряд функциональных презиготических фильтров и способны к оплодотво­рению.

Функциональная анатомия и аномалии ядер сперматозоидов человека

Головка сперматозоида состоит из ядра с плохо различимой ядерной оболочкой и гомогенной, плот-

но упакованной массой хроматина. Такая структура ядра мужской гаметы является результатом физико-химической и морфологической трансформации, ко­торая осуществляется на поздней стадии сперматоге­неза и продолжается во время прохождения сперма­тозоидов через придаток яичка. При этом происходит элиминация РНК [10], замещение соматических гистонов протаминами, богатыми аргинином [11, 12], образование между протаминами дисульфидных мос­тиков, обусловливающих стабильность хроматина, что является завершающим этапом дифференцировки [13]. Тонкогранулярный хроматин сперматид ранних ста­дий постепенно превращается в компактный плотно конденсированный хроматин зрелых сперматозоидов [14]. Ядра зрелых сперматозоидов устойчивы к различ­ным внешним воздействиям, в том числе и к бактериальньм токсинам. У большинства видов млекопи­тающих замещение гистонов протаминами в головках сперматозоидов является полным, у человека около 15% гистонов остается ассоциированными с ДНК сперматозоидов, при этом участки нуклеогистонов чередуются с участками нуклеопротаминов [15].

У морфологически зрелых сперматозоидов хрома­тин представляет собой гомогенную гиалиноподобную массу. Аномальная конденсация хроматина при элек­тронно-микроскопическом исследовании выражается в наличии грубогранулярного ядерного вещества, харак­терного для сперматид на стадии удлинения ядер [5, 12]. Для таких ядер употребляется термин «незрелый хроматин». ДНК ядер с незрелым хроматином менее устойчива к денатурации [16], описана связь низкой степени конденсации хроматина с наличием в гамете хромосомных аберраций [17] и с высоким содержани­ем тестис-специфических гистонов, незамещенных протаминами [18]. У бесплодных пациентов выявлен высокий уровень предшественников протаминов [19].

Имеется связь между нарушениями организации хроматина сперматозоидов и их способностью к оп­лодотворению [20], а также определено влияние ор­ганизации хроматина на развитие эмбрионов после ЭКО [21]. У лиц с идиопатическим бесплодием элек-тронно-микроскопически показано значимое увели­чение количества сперматозоидов со сниженной сте­пенью конденсации хроматина [17, 22].

Пациент Р. Обратился в медико-биологический центр «Пастер» для первичного обследования по по­воду бесплодного брака. Результаты спермограммы: концентрация сперматозоидов 11·106, подвижность а+b 20%, сперматозоиды нормальной морфологии — 30%, незрелые половые клетки (НПК) — 10%. Диагноз: олигоастенозооспермия I степени. При ультра­структурном анализе в ядрах 85% сперматозоидов выявлен незре­лый хроматин (рис. 2), такой же характер конденса­ции хроматина в изученных НПК.


Функциональная анатомия и дефекты строения акросомы сперматозоидов человека

При светооптических исследованиях на переднем конце ядер сперматозоидов выявляется так называе­мая ядерная шапочка, или акросома. Последняя явля­ется производной аппарата Гольджи, что было впер­вые показано R. Bowen [23]. При формировании акро­сомы несколько проакросомных гранул сливаются в

63

Электронная микроскопия сперматозоидов



Рис. 2. Ультратонкий срез через ядро (Я) сперматозоида, содержащее гранулированный («незре­лый») хрома­тин и вакуоли (В), × 42 000.

А — акросома.

одну большую гранулу, которая контактирует с ядер­ной оболочкой. Она распластывается на поверхности ядра и формирует «шапочку», занимающую 25—60% ядерной поверхности. В этот период гликопротеины переносятся из комплекса Гольджи в акросому посред­ством мембранных пузырьков [24].

Акросома зрелого сперматозоида содержит лизо-сомные ферменты [24], необходимые для пенетрации сперматозоидами фолликулярных клеток яйценосно­го бугорка и прозрачной оболочки яйцеклетки [25].

Оценка аномалий головки сперматозоидов и ак-росомы обычно проводится при помощи специаль­ных методов окраски [26] либо функциональных тес­тов [27]. Эти методы визуализируют наличие акросом-ной реакции и позволяют дифференцировать истин­ную акросомную реакцию от ложной. Первая является результатом капацитации, вторая — следствием деге­неративных изменений сперматозоидов.

При ультраструктурном исследовании выявляются такие дефекты строения акросомы, которые не



Рис. 3. Ультратонкии срез через ядро сперматозоида с деформированной акросомой (А). × 46 000. В расши­ренном периакросомальном пространстве – мембран­ная вакуоль (В).

определяются при светооптических методах исследования: деформация акросомы (рис. 3), отхождение ее от ядра, Т-образные акросомы двуядерных сперма­тозоидов, дупликации акросомы, наличие внутриакросомных вакуолей. Подобные дефекты описаны у па­циентов с бесплодием и отрицательными тестами пе­нетрации спермато­зоидами пациента ооцитов золо­тистого хомячка [28]. При этом анализы проб эяку­лята на светооптическом уровне позволяли выявлять количество, подвижность и морфологию спермато­зоидов, соответствующие нормальным параметрам [29].

Глобулозооспермию (округление головок сперма­тозоидов) часто связывают с полным отсутствием акросомы [30, 31]. Деструктивные изменения сперма­тозоидов, которые, как предполагают, могут быть обратимы, описаны у наркоманов [32].

Пациент К. Обратился в МГНЦ РАМН по поводу бесплодия. Определен кариотип 46,XY. Анализ гормо­нов в крови показал, что уровень ЛГ, ФСГ и тесто­стерона находится в пределах нормы, уровень пролак­тина повышен в 2-3 раза. Концентрация спермато­зоидов за период с 1988 по 1996 г. колебалась от 35 до 180 млн/мл. В 1996 г. в одной из проб эякулята концен­трация сперматозоидов не превышала 7 млн/мл, ак­тивная прогрессивная подвижность сперматозоидов (а+b) составляла 9-13%, выявлена 100% глобулозо­оспермия. Диагноз: тератозооспермия. Количественный кариологический анализ клеточного состава эякулята по стадиям развития НПК [33, 34] свидетельствовал о частичном блоке сперматогенеза на стадии пахитены и диплотены профазы I мейоза. Доля неидентифи­цированных НПК была ниже контрольного уровня, что свидетельствовало об отсутствии интенсивной де­генерации клеток сперматогенного эпителия и о фи­зиологическом течении сперматогенеза.


При ультраструктурном анализе [35] была выяв­лена характерная триада признаков – тотальный аге-нез акросомы, гранулярный «незрелый» хроматин, округлая форма головок (рис. 4). Выявлены также ано­малии локализации митохондрий. Заключение: тоталь-




Рис. 4. Ультратонкий срез эякулята пациента К. с гло­булозооспермией. × 14 000.

Сперматозоиды с округлыми головками, в ядрах (Я) грану­лярный («незрелый») хроматин (А). Акросома отсутствует. М - митохондрии; Ц – питоплазматическая капля: Ж – ак­сомема закрученного в цитоплазме жгутика.




Рис 5. Ультратонкий срез эякулята пациента Т. с глобу­лозооспермией. × 35 000.

Микроцефалический сперматозоид с уплощенным передним полюсом ядра, зрелым хроматином и неправильной формы акросомой (А).

ный агенез акросомы, глобулозооспермия, незрелость хроматина, нарушение локализации митохондрий.

Пациент. Т. обратился в медико-биологический центр «Пастер» для первичного обследования по по­воду бесплодного брака в течение 3 лет. Результаты спермограммы: концентрация сперматозоидов 32·106, подвижность сперматозоидов (а+b) 44%, морфологи­ческая атипия (микроцефалия и глобулозооспермия) выявлена у 95% сперматозоидов. На уровне светооп­тической микроскопии установлено, что сперматозои­ды имели округлые мелкие головки. По спермограмме был поставлен диагноз: тератозооспермия (глобуло­зооспермия). При ультраструктурном анализе сперма­тозоиды были описаны как микроцефалические с уп­лощенной передней частью головки и акросомой не­правильной формы (рис. 5). Заключение: глобулозоо­спермия, не связанная с агенезией акросомы.

Пациент П. обратился в МГНЦ РАМН по поводу бесплодия. Определен нормальный мужской кариотип — 46,XY. Согласно результатам спермо­граммы, кон­центрация сперматозоидов достигала 48·106, 100% глобулоспермия. При кариологическом анализе НПК эякулята определена доля неразошедшихся сперматид — 7,4%. При электронно-микроскопи­ческом исследовании 76 сперматозоидов показано, что 78% сперматозоидов имели нормальную акросому в виде плоской цистерны на апикальном конце ядра, однако эта часть ядра имела неправильную форму в отличие от овальной формы нормальных спермато­зоидов. Заключение: глобулозооспермия, микроцефа­лия, нарушение формы акросомы.

Таким образом, у пациента К. обнаружен синдром округлых головок и полная агенезия акросомы (гло­булозооспермия), у пациентов Т. и П. атипия головки (глобулозооспермия) не сопровождалась агенезией акросомы. Данные электронно-микроскопического изучения клеток эякулята пациентов с синдромом округлых головок сперматозоидов свидетельствуют о том, что существуют два подтипа головок [36, 37]. Один подтип – сперматозоиды при истинном синдроме ок­руглых головок, характеризующиеся полной потерей акросомы и деконденсированным хроматином. В аксо­неме и жгутике таких сперматозоидов микротрубочки и митохондрии часто аномальны [38]. При втором под­типе округлых сперматозоидов также определяется

аномальное распределение хроматина, но акросома формируется [37]. В данных случаях акросомная реак­ция может быть не нарушена [39].

Так как имеются публикации о семейных случаях синдрома округлых головок сперматозоидов [14, 40], предполагается генетическая природа данной патоло­гии. V. McKusick и соавт. [41] допускают возможность аутосомно-доминантного, S. Florke-Gerloff и соавт. [42] — полигенного наследования. Характер аномалии ульт­раструктуры сперматозоидов, по-видимому, зависит от типа мутации соответствующих генов и степени их экспрессии.

Агенезия акросомы приводит к необратимому бес­плодию. J. Liu и соавт. [43] показали, что беременность может наступить у половых партнерш пациентов с гло­булозооспермией лишь при использовании интраци­топлазматической инъекции сперматозоидов (ИКСИ). Так как при ИКСИ отсутствует селекция гамет, важ­но определить степень риска переноса потомству ге­нетического дефекта [44]. D. Carrel и соавт. [40] показа­ли, что у пациентов с глобулозооспермией частота анеуплоидии в половых клетках выше по сравнению с контрольной группой. Эти данные заставляют с осто­рожностью подходить к включению пациентов с гло­булозооспермией, обусловленной агенезией акросо­мы, в программу ИКСИ.

Функциональная анатомия и дефекты строения жгутиков сперматозоидов

Жгутик сперматозоида разделяется на шейку, сред­ний, основной и концевой отделы. Морфологическую основу жгутика составляет аксонема, состоящая из микротрубочек, организованных по универсальной схеме 9+2 (рис. 6, а, б), характерной для большинства типов ресничек и жгутиков клеток эукариотических организмов [45]. Аксонема тянется вдоль всей длины жгутика. В среднем отделе аксонема жгутика окружена слоем из 9 дополнительных фибрилл (9+9+2), кнару­жи от которых расположены митохондрии. В основном отделе они заменяются фиброзным слоем, в конце­вом отделе остается только аксонема [5, 46].

Шейка сперматозоидов. Центриолярный комплекс и аксонема формируют соединительный участок, или шейку, соединяющую головку сперматозоида и жгу­тик. Шейка сперматозоида имеет сложное строение. На тотальном препарате она выявляется как утолщение жгутика. У сформированного сперматозоида шейка представляет собой усеченный конус, содержащий проксимальную и измененную дистальную центрио­ли (рис. 7, а). Усеченный конус шейки на уровне дис­тальной центриоли состоит из 9 удлиненных поперечно исчерченных столбиков. Эти столбики напротив центриолярного отростка сливаются, теряют индиви­дуальные очертания и совместно продолжаются по направлению к головке, сливаясь с базальной пла­стинкой, лежащей у основания имплантационной ямки.

Центриоли человека, также как и некоторых ви­дов млекопитающих (овец, коров, сумчатых), насле­дуются через отцовские половые клетки [47-50] и после оплодотворения становятся основой формиро­вания астросферы спермия (50—52). В ооциты человека при оплодотворении переносится проксимальная цен-


ядерная оболочка


баэальная пластина capitutum

Э лектронная микроскопия сперматозоидов





периферический дуплет микротрубочек


динеиновые ручки


проксимальная

центриоль


отросток

проксимальной

центриоли


центральный футляр


остатки дистальнои центриоли


нексиновые мостики


центральная пара микротрубочек


радиальные спицы

а


б



в


Рис. 6. Схематическое изображение аксонемы жгутика нормального сперматозоида на поперечном срезе (а). Ультратонкие поперечные срезы через основной участок жгутика пациента с нормозооспермией (б) и спермато­зоида пациента Б. с астенозооспермией (в), × 145 000. В аксонеме жгутика сперматозоида на рис. 6, в полностью отсутствуют динеиновые ручки периферических дуплетов микротрубочек.

триоль сперматозоидов [53]. Авторы показали, что на ранних этапах дробления зиготы астросфера спермия остается связанной с остатками аксонемы жгутика.

Функциональный центр образования микротрубо­чек астросферы спермия человека связан с центрио­лями сперматозоидов. Так, у диспермических зигот формируются трехполюсные веретена дробления [53]. A. Sathananthan [54] высказал гипотезу о том, что если


сегментированные столбики

наружные плотные филаменты






  1   2   3

Дадаць дакумент у свой блог ці на сайт

Падобныя:

Электронно-микроскопическое изучение сперматозоидов человека и его роль в диагностике мужского бесплодия iconИзучение природы
Почвы и их плодородие. Изучение Мирового океана, использование его богатств в жизни и хозяйственной деятельности человека. Внутренняя...

Электронно-микроскопическое изучение сперматозоидов человека и его роль в диагностике мужского бесплодия iconАнатомия человека наука, изучающая форму и строение тела человека в связи с его функциями и закономерностями развития
Целью предмета является изучение строения органов и систем человека, особенностей строения тела человека в сравнении с животными,...

Электронно-микроскопическое изучение сперматозоидов человека и его роль в диагностике мужского бесплодия iconЦарство растений, их строение и жизнедеятельность. Роль в природе и жизни человека
Транспорт кислорода кровью и поступление его в клетки различных тканей и органов у многих животных и человека

Электронно-микроскопическое изучение сперматозоидов человека и его роль в диагностике мужского бесплодия iconРоль моделей в естественных науках
Познание окружающего мира его строения, законов развития – всегда было привлекательно для человека. Эта привлекательность во многом...

Электронно-микроскопическое изучение сперматозоидов человека и его роль в диагностике мужского бесплодия iconЛабораторная работа
Изучение электронно-лучевого оборудования для нанесения тонких пленнок и процесса напыления диэлектрических покрытий

Электронно-микроскопическое изучение сперматозоидов человека и его роль в диагностике мужского бесплодия iconЧтобы не прозевать свою жизнь, человек должен обязательно вовремя прочитать свои главные книги
Дмитрий Сергеевич Лихачев. И это не просто красивые слова: книга действительно всегда играла важную роль в становлении человека,...

Электронно-микроскопическое изучение сперматозоидов человека и его роль в диагностике мужского бесплодия iconРоль экологического сознания в биосоциальном развитии человека
Поскольку все биологическое в нем становится его наследством (биологическим генофондом), развитие психики человека на современном...

Электронно-микроскопическое изучение сперматозоидов человека и его роль в диагностике мужского бесплодия iconРоль агрегатометрии в диагностике мочекаменной болезни
Работа выполнена в гоу впо «российский университет дружбы народов», Минобрнауки России

Электронно-микроскопическое изучение сперматозоидов человека и его роль в диагностике мужского бесплодия iconТема Теоретические основы курса
Изучение менеджмента, также как и изучение цивилизаций и культуры, представляет собой исследование истории непрерывного изменения...

Электронно-микроскопическое изучение сперматозоидов человека и его роль в диагностике мужского бесплодия iconУрок №1
Искусство вокруг нас, его роль в жизни современного человека. Искусство как хранитель культуры, духовного опыта человечества. Обращение...

Размесціце кнопку на сваім сайце:
be.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©be.convdocs.org 2012
звярнуцца да адміністрацыі
be.convdocs.org
Галоўная старонка