Skąd się biorą dzieci? Plemnik też jest ważny!

Wytwarzanie plemników jest kontrolowane hormonalnie przez oś podwzgórze – przysadka – gonada, zaś czynność osi podlega modulacji przez ośrodki podkorowe i korę mózgową. Czynność gonady jest również regulowana przez liczne czynniki miejscowe. Hormony produkowane przez przysadkę i jądra warunkują rozwój drugorzędowych męskich cech płciowych (umięśnienie, owłosienie, głos).

Męskie komórki rozrodcze – plemniki – są wytwarzane przez gruczoły płciowe (jądra). Cykl rozwojowy plemników (spermatogeneza) trwa 74 dni i jest złożony z trzech etapów.
W pierwszym z nich (spermatocytogeneza) z macierzystych prekursorów plemników (spermatogonii), w drodze podziałów mitotycznych[1], różnicują się spermatocyty I rzędu.
W drugim etapie, wskutek zachodzących podziałów mejotycznych[2], ze spermatocytów I i II rzędu różnicują się spermatydy.
W fazie trzeciej spermatydy ulegają licznym przekształceniom – skondensowana chromatyna jądra komórkowego jest umiejscawiana w główce plemnika, powstaje akrosom, mitochondria zostają ciasno upakowane we wstawce i formuje się witka plemnika.
W procesie spermatogenezy z jednej spermatogonii różnicują się cztery plemniki – każdy z nich posiada 22 chromosomy autosomalne i jeden chromosom płciowy (X lub Y).
Powstały w procesie spermatogenezy plemnik jest zbudowany z główki i witki; mierzy około 65 µm. Główka plemnika zawiera materiał genetyczny, w akrosomie znajduje się wiele specyficznych enzymów, które warunkują możliwość wniknięcia plemnika do wnętrza komórki jajowej, a mitochondria we wstawce są magazynem energii, który gwarantuje ruchy plemnikowej witki. Plemniki nabierają zdolności ruchu w czasie dojrzewania w męskich drogach wyprowadzających nasienie, przede wszystkim w najądrzach. Wędrówka plemników przez najądrze trwa u ludzi średnio 2 do 3 dni. Podczas przechodzenia przez najądrze w męskich gametach zachodzi szereg zmian prowadzących do osiągnięcia przez plemnik dojrzałości.
Dojrzewanie plemników obejmuje przebudowę ich błon komórkowych, zmianom podlegają lipidy budujące błony i białka powierzchniowe i integralne – grupa białek zmienia swoje położenie, a inne są maskowane lub ulegają modyfikacjom. Istotną reakcją, która zachodzi podczas dojrzewania męskich gamet jest zintensyfikowana glikozylacja składników błony komórkowej. Podczas wędrówki przez najądrze przemianom podlega również jądro komórkowe plemnika – najważniejszą z przemian jest masowe tworzenie wiązań dwusiarczkowych pomiędzy resztami cysteinowymi protamin, czyli białek, które wchodzą w skład skondensowanej chromatyny jąder plemników. Plemniki zawieszone są w płynie osoczowym nasienia, wytwarzanym przez pęcherzyki nasienne i gruczoły, i w takiej postaci, przez drogi wyprowadzające nasienie, wydostają się podczas ejakulacji na zewnątrz.
Po wędrówce przez najądrze plemniki są zdolne do ruchu, jednak nie mają od razu wykształconej zdolności do skutecznego zapłodnienia oocytu – zdolności tej, w wyniku procesu zwanego kapacytacją, w warunkach fizjologicznych nabywają w żeńskich drogach rodnych (proces ten trwa około 3 do 7 godzin). Zjawisko kapacytacji jest swoiste gatunkowo. W przypadku zapłodnienia pozaustrojowego laboratoryjna preparatyka nasienia naśladuje ten etap. Podczas kapacytacji plemników zwiększa się tempo ich metabolizmu, jednak najistotniejszą zmianą jest intensywna przebudowa białek błony komórkowej, zanikanie z jej powierzchni niektórych cząsteczek i zmiana ładunku elektrycznego błony. Kapacytacja jest warunkiem koniecznym dla oddziaływania oocyt – plemnik i by w rezultacie tego oddziaływania w komórce jajowej mogła zajść skuteczna tak zwana reakcja akrosomowa.
Do prawidłowego funkcjonowania męskiej gonady niezbędna jest niższa temperatura niż ciepłota ciała (34°C), z tego powodu w końcowym okresie rozwoju prenatalnego, jądra zstępują do moszny. Czynniki fizyczne (podwyższona temperatura, promieniowanie), chemiczne (produkty spalania paliw, detergenty, pestycydy, metale ciężkie), infekcje bakteryjne i wirusowe mają negatywny wpływ na prawidłowe funkcjonowanie jąder i przebieg procesu spermatogenezy; niekorzystny wpływ mają również nikotynizm, nadużywanie alkoholu i innych używek.
Według norm opracowanych w 2010 roku przez Światową Organizację Zdrowia (WHO) parametry nasienia powinny spełniać poniższe kryteria (wartości podane w nawiasach odpowiadają 95% przedziałowi ufności):

• objętość (ml) – minimum 1.5 (1.4–1.7),
• całkowita liczba plemników w nasieniu (mln) – minimum 39 (33–46),
• liczba plemników na ml (mln) – minimum 15 (12–16)
• ruchliwość całkowita (%) – minimum 40 (38–42),
• ruchliwość postępowa (%) – minimum (≥) 32 (31–34),
• morfologia plemników (prawidłowe formy, (%) – minimum 4 (3.0–4.0),
• inne; pH ≥7.2,
• leukocyty – (pozytywny test peroksydazy) <1mln/ml,
• MAR test (ruchome plemniki z przyklejonymi fragmentami, %) – < 50,
• immunobead test (ruchome plemniki z przyczepionymi „koralikami”, %) – < 50,
• poziom cynku (µmol/ejakulat) – ≥ 2.4,
• poziom fruktozy w nasieniu (µmol/ejakulat) – ≥ 13,
• poziom glukozydazy w nasieniu (mU/ejakulat) – ≥ 20.

Współcześnie przyczyną niepowodzeń w staraniach o potomstwo u 50% niepłodnych par jest czynnik męski – od lat systematycznie obserwowany jest spadek liczby plemników w ejakulatach i wzrost nieprawidłowości morfologicznych w ich budowie, z czym związana jest męska niepłodność.

Autor tekstu: mgr Marta Izdebska-Książek, Embriolog Kliniczny w Przychodni Lekarskiej nOvum.

Piśmiennictwo:
Bartel H., Embriologia medyczna, ilustrowany podręcznik, Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa, 2009.
Bielańska – Osuchowska Z., Zarys organogenezy: różnicowanie się komórek w narządach, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2004.
Krzanowska H., Sokół – Misiak W. (red.), Molekularne mechanizmy rozwoju zarodkowego, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2002.
WHO laboratory manual for the examination and processing of human semen, wydanie internetowe, https://www.who.int/publications/i/item/9789241547789