Oplodnenie, známe aj ako koncepcia, je základným krokom v procese ľudskej reprodukcie. Je to únia spermie, mužskej pohlavnej bunky, s vajíčkom, ženskou pohlavnou bunkou, ktorá vedie k vytvoreniu zygoty, primárneho zárodočného jadra nového jedinca. V podstate ide o splynutie genetického materiálu dvoch odlišných pohlavných buniek, čiže gamét, z ktorých každá nesie polovičný počet chromozómov typický pre daný druh.
Najprimitívnejšia forma oplodnenia, ktorá sa vyskytuje u jednobunkových organizmov a prvokov, spočíva v výmene genetického materiálu medzi dvoma bunkami. V pokročilých rastlinách oplodneniu predchádza opeľovanie, počas ktorého sa peľ prenáša na samičiu gamétu alebo makrospóru a nadväzuje s ňou kontakt. U pokročilých živočíchov oplodnenie zvyčajne nasleduje po prenikaní spermie do vajíčka. Výsledkom oplodnenia je bunka (zygota), ktorá je schopná bunkového delenia a formovania nového jedinca.
Cesta oplodneného vajíčka u ženy je fascinujúca. Vajíčka sú uvoľňované vaječníkmi. Ak sa vajíčko stretne so spermiou, môže dôjsť k jeho oplodneniu. Oplodnené vajíčko putuje do maternice, kde rastie a vyvíja sa do nového jedinca. Splynutie dvoch gamét spúšťa vajíčku niekoľko reakcií. Jedna z nich spôsobuje zmenu v membráne (membránach) vajíčka, čím sa zabráni pripojeniu a prieniku viacerých spermií.
V druhoch, kde normálne vstupuje do vajíčka viacero spermií (polyspermia), sa iba jedno spermické jadro skutočne zlúči s jadrom vajíčka. Najdôležitejším výsledkom oplodnenia je aktivácia vajíčka, ktorá mu umožňuje podstúpiť bunkové delenie. Aktivácia však nevyhnutne nevyžaduje zásah spermie; počas partenogenézy, pri ktorej nedochádza k oplodneniu, môže byť aktivácia vajíčka uskutočnená prostredníctvom fyzikálnych a chemických činiteľov. Bezstavovce ako vošky, včely a vírniky sa normálne rozmnožujú partenogenézou.
U rastlín môžu určité chemikálie produkované vajíčkom priťahovať spermie. U živočíchov, s možnou výnimkou niektorých pŕstnatcov (nezmarovcov), sa zdá pravdepodobné, že kontakt medzi vajíčkami a spermiami závisí od náhodných zrážok. Na druhej strane, želatínové obaly, ktoré obklopujú vajíčka mnohých živočíchov, pôsobia na spermie ako pasca, čím sa zvyšuje šanca na úspešnú interakciu spermie a vajíčka.
Vajíčka morských bezstavovcov, najmä ostnokožcov, sú klasickými objektmi na štúdium oplodnenia. Tieto priehľadné vajíčka sú cenné pre štúdium živých buniek a pre biochemické a molekulárne vyšetrenia, pretože čas oplodnenia je možné presne stanoviť, vývoj mnohých vajíčok prebieha za vhodných podmienok približne rovnakou rýchlosťou a je možné získať veľké množstvo vajíčok. S priaznivými výsledkami sa použili aj vajíčka niektorých kostnatých rýb a obojživelníkov.
Maturovanie vajíčka
Maturovanie je posledným krokom vo výrobe funkčných vajíčok (oogenézy), ktoré sa môžu spojiť so spermiou a vyvolať reakciu, ktorá zabráni vstupu viacerých spermií. Okrem toho, cytoplazma zrelého vajíčka môže podporiť zmeny vedúce k splynutiu spermiového a vajíčkového jadra a iniciovať embryonálny vývoj.
Povrch vajíčka
Určité zložky povrchu vajíčka, najmä kortikálne granule, sú spojené so zrelým stavom. Kortikálne granule vajíčok morských ježoviek, usporiadané pod plazmatickou membránou (tenká, mäkká, pružná vrstva) zrelých vajíčok, majú priemer 0,8-1,0 mikrónu (0,0008-0,001 milimetra) a sú obklopené membránou podobnou štruktúrou plazmatickej membráne obklopujúcej vajíčko. Povrch vajíčka morského ježovky má schopnosť nerovnomerne v rôznych smeroch ovplyvňovať priechod svetla; táto vlastnosť, nazývaná dvojlomnosť, je indikátorom toho, že molekuly tvoriace povrchové vrstvy sú usporiadané definovaným spôsobom. Keďže dvojlomnosť sa pri dozrievaní vajíčka objavuje, je pravdepodobné, že vlastnosti membrány zrelého vajíčka sú spojené so špecifickými molekulárnymi usporiadaniami. Zrelé vajíčko je schopné podporiť tvorbu jadra zygoty; t.j. výsledok splynutia spermiového a vajíčkového jadra.
Vo väčšine vajíčok proces redukcie počtu chromozómov (meióza) nie je pred oplodnením dokončený. V takýchto prípadoch fertilizujúca spermia zostáva pod povrchom vajíčka, kým sa meióza vo vajíčku nedokončí, po čom nasledujú zmeny a pohyby vedúce k splynutiu a tvorbe zygoty.
Obaly vajíčka
Povrchy väčšiny živočíšnych vajíčok sú obklopené obalmi, ktoré môžu byť mäkké želatínové obaly (ako u ostnokožcov a niektorých obojživelníkov) alebo hrubé membrány (ako u rýb, hmyzu a cicavcov). Aby spermie dosiahli povrch vajíčka, musia tieto obaly preniknúť; spermie skutočne obsahujú enzýmy (organické katalyzátory), ktoré ich rozkladajú. V niektorých prípadoch (napr. u rýb a hmyzu) je v obale kanálik alebo mikropyle, cez ktorý spermia dosiahne vajíčko. Želatínové obaly vajíčok ostnokožcov a obojživelníkov pozostávajú zo zložených sacharidov nazývaných sulfátované mukopolysacharidy. Obal cicavčieho vajíčka je zložitejší. Vajíčko je obklopené hrubým obalom zloženým zo sacharidovo-proteínového komplexu nazývaného zona pellucida. Zona je obklopená vonkajším obalom, korona radiata, ktorá je hrubá mnoho bunkových vrstiev a tvorená folikulárnymi bunkami pripojenými k oocytu pred jeho opustením vaječníkového folikulu. Hoci sa kedysi predpokladalo, že obal vajíčka ostnokožcov obsahuje látku (fertilizín), o ktorej sa predpokladalo, že hrá dôležitú úlohu nielen pri nadviazaní interakcie spermie-vajíčko, ale aj pri aktivácii vajíčka, fertilizín sa teraz ukázal ako totožný s materiálom obalu, skôr ako látka ním neustále vylučovaná. Napriek tomu existujú dôkazy, že obaly vajíčok hrajú pri oplodnení úlohu; t.j. kontakt s obalom vajíčka vyvoláva akrozoómovú reakciu (opísanú nižšie) u spermií.
Ľudské oplodnenie je spojením vajíčka a spermie, ktoré primárne prebieha v ampule vajíčkovodu. Výsledkom tohto spojenia je produkcia oplodneného vajíčka nazývaného zygota, ktorá iniciuje embryonálny vývoj. Proces oplodnenia zahŕňa splynutie spermie s vajíčkom, známe aj ako ovum. Najbežnejšia sekvencia začína ejakuláciou počas pohlavného styku, nasleduje ovulácia a končí oplodnením. Existujú rôzne výnimky z tejto sekvencie, vrátane umelého oplodnenia, in vitro fertilizácie, externálnej ejakulácie bez pohlavného styku alebo pohlavného styku krátko po ovulácii.
Po stretnutí s druhotným oocytom akrozóm spermie produkuje enzýmy, ktoré mu umožňujú preniknúť cez vonkajšiu vrstvu vajíčka nazývanú zona pellucida. Oplodnenie nebolo v antike pochopené. Hippokrates veril, že embryo je produktom mužského semena a ženského faktora. Aristoteles tvrdil, že embryo vzniká iba z mužského semena, zatiaľ čo žena poskytuje iba miesto pre vývoj embrya, koncept, ktorý prevzal od preformistu Pytagora. Bežnou metaforou používanou na opis ľudského oplodnenia je pretekanie spermií, aby sa stretli s vajíčkom.
Oplodnenie prebieha v ampule vajíčkovodu, časti, ktorá sa zakrivuje okolo vaječníka. Kapacitované spermie, ktoré plávajú rýchlosťou 1 až 3 mm/min, sú priťahované progesterónom, ktorý je vylučovaný z kumulárnych buniek obklopujúcich oocyt. Progesterón sa viaže na receptor CatSper na membráne spermie a zvyšuje hladinu vnútrobunkového vápnika, čo spôsobuje hyperaktívnu motilitu. Spermia sa viaže cez korona radiata, vrstvu folikulárnych buniek na vonkajšej strane druhotného oocytu. Korona radiata vysiela chemikálie, ktoré priťahujú spermie vo vajíčkovode k oocytu. Tam, kde sa spermia chystá preniknúť, sa žĺtok (ooplazma) vyťahuje do kužeľovitého výbežku, nazývaného kužeľ príťažlivosti alebo prijímací kužeľ.
Po naviazaní na korona radiata spermia dosiahne zona pellucida, čo je extracelulárna matrix glykoproteínov. Glykoproteín ZP3 na zona pellucida sa viaže na receptor na povrchu hlavy spermie. Niektoré spermie predčasne spotrebujú svoj akrozóm na povrchu vajíčka, čím uľahčujú prienik iným spermiám. Nedávne štúdie ukázali, že vajíčko nie je v tomto procese pasívne.
Po vstupe spermie do cytoplazmy oocytu sa chvostík a vonkajší obal spermie rozpadnú. Splynutie membrán spermie a oocytu spôsobuje kortikálnu reakciu. Kortikálne granule vo vnútri druhotného oocytu splynú s plazmatickou membránou bunky, čo spôsobuje exocytózu enzýmov z týchto granúl do zona pellucida. To následne spôsobuje skrížené zosieťovanie glykoproteínov v zona pellucida - t.j. enzýmy hydrolyzujú ZP2 na ZP2f - čím sa celá matrix stáva tvrdou a nepriepustnou pre spermie. Oocyt dokončí svoju druhú meiotickú divíziu. Chvostík a mitochondrie spermie degenerujú s tvorbou mužského pronuklea. Preto sú všetky mitochondrie u ľudí materského pôvodu. Keď spermia vstúpi do perivitellínového priestoru, proteín špecifický pre spermie Izumo na hlave sa viaže na receptory Juno na membráne oocytu. Po naviazaní nastanú dva bloky proti polyspermii. Približne po 40 minútach sa zvyšné receptory Juno na oocyte stratia z membrány, čím sa stane nepriliehavou.
Zvyčajne sa spojí 23 chromozómov zo spermie a 23 chromozómov z vajíčka (približne polovica spermií nesie chromozóm X a druhá polovica chromozóm Y). Ich membrány sa rozpustia, čím nezostanú žiadne bariéry medzi mužskými a ženskými chromozómami. Počas tohto rozpúšťania sa medzi nimi vytvorí mitotické vretienko. Vretienko zachytáva chromozómy pred ich rozptýlením v cytoplazme vajíčka. Následným podstúpením mitózy (ktorá zahŕňa ťahanie chromatíd k centriolám v anafáze) bunka zhromažďuje genetický materiál od muža a ženy dohromady. Každá z dvoch dcérskych buniek vzniknutých z tejto mitózy má jednu kópiu každej chromatídy, ktorá bola replikovaná v predchádzajúcej fáze.
Gestacný vek, naopak, počíta od prvého dňa poslednej menštruácie (LMP) ako štartovacieho bodu. Oplodnenie, hoci zvyčajne nastáva do jedného dňa po ovulácii, ktorá zase nastáva v priemere 14,6 dňa po začiatku predchádzajúcej menštruácie (LMP). Vek oplodnenia sa niekedy používa aj po pôrode na odhad rôznych rizikových faktorov.
Rôzne poruchy môžu vzniknúť z chýb v procese oplodnenia. Či už ide o proces kontaktu medzi spermiou a vajíčkom, alebo o zdravotný stav biologického rodiča, ktorý nesie bunku zygoty. Syndróm polycystických ovárií je stav, pri ktorom žena neprodukuje dostatočné množstvo folikuly stimulujúceho hormónu a nadmerne produkuje androgény. Rakovina nakoniec ovplyvňuje plodnosť a môže viesť k vrodeným chybám alebo potratom. Poruchy endokrinného systému ovplyvňujú ľudskú plodnosť znížením schopnosti tela produkovať hormóny potrebné na úspešné udržanie zygoty. Endometrióza je stav, ktorý postihuje ženy, pri ktorom sa tkanivo normálne tvoriace sa v maternici začne rásť mimo maternice. Teratogenéza je stav, pri ktorom žena tehotná s vyvíjajúcim sa potomstvom má chyby vo vývoji embrya alebo plodu, ktorý nesie. To môže fyziologicky, fyzicky inhibovať rast potomstva a spôsobiť degeneráciu celkovej pohody potomstva v neskoršom živote.
Proces oplodnenia krok za krokom
- Výstup vajíčka (ovulácia): Počas menštruačného cyklu žena ovuluje, čo znamená, že jeden z vaječníkov uvoľní zrelé vajíčko.
- Cesta vajíčka: Vajíčko je zachytené fimbriami (prstovité výbežky na konci vajíčkovodu) a postupuje vajíčkovodom smerom k maternici.
- Stretnutie so spermiami: Ak dôjde k nechránenému pohlavnému styku, spermie putujú z pošvy cez krčok maternice a maternicu do vajíčkovodov.
- Penetrácia vajíčka: Milióny spermií sa snažia preniknúť cez vonkajšie obaly vajíčka. Spermia, ktorá sa dostane prvá, uvoľní enzýmy z akrozómu, aby rozložila zona pellucida a korona radiata.
- Splynutie jadier: Po vstupe spermie do vajíčka sa jej jadro (s 23 chromozómami) spojí s jadrom vajíčka (s 23 chromozómami). Tým sa obnoví plný počet chromozómov (46) a vytvorí sa zygota.
- Blokovanie polyspermie: Splynutie spermie s vajíčkom spustí kortikálnu reakciu, ktorá zmení obaly vajíčka a zabráni vstupu ďalších spermií.
- Vývoj zygoty: Zygota začne rýchlo meioticky a mitoticky sa deliť počas cesty vajíčkovodom do maternice.
- Implantácia: Približne 6-7 dní po oplodnení sa vyvíjajúci sa zárodok (teraz nazývaný blastocysta) uhniezdi v sliznici maternice (endometriu).
Ženský reprodukčný systém, oplodnenie, ovluácia a menštruácia
Faktory ovplyvňujúce plodnosť
Ženská plodnosť je komplexný proces, ktorý závisí od správnej funkcie celého reprodukčného systému, od vaječníkov až po maternicu. Hormonálna rovnováha hrá kľúčovú úlohu pri regulácii ovulácie a príprave maternice na tehotenstvo. Medzi hlavné testy na posúdenie ženskej plodnosti patria hormonálne analýzy, vyšetrenie priechodnosti vajíčkovodov (hysterosalpingografia) a vaginálny ultrazvuk na posúdenie stavu vaječníkov a maternice.
Existuje mnoho faktorov, ktoré môžu brániť počatiu, vrátane anovulácie (nedostatok ovulácie), nízkeho počtu spermií alebo problémov s ich pohyblivosťou, upchatia reprodukčných orgánov, poklesu kvality vajíčok a spermií (často spojené s vekom), ako aj špecifických zdravotných stavov ako syndróm polycystických ovárií, endometrióza či hormonálne poruchy.
Časovanie a šance na otehotnenie
Oplodnenie sa zvyčajne odohráva v priebehu 12 až 24 hodín po ovulácii. Keďže spermie môžu prežiť v ženských reprodukčných orgánoch až päť dní, najlepšie časy na sex na počatie sú tri až päť dní pred ovuláciou a samotný deň ovulácie. Celkovo sú šance na otehotnenie pri každom cykle približne 25-30%, pričom tieto šance klesajú s vekom ženy.
Aj keď oplodnenie je kľúčový krok, nie vždy vedie k tehotenstvu. Niektoré oplodnené vajíčka sa nemusia úspešne uhniezdiť v maternici a sú vylúčené počas menštruácie. V prípade problémov s počatím je dôležité konzultovať lekára, ktorý môže diagnostikovať príčiny a navrhnúť vhodné liečebné postupy, vrátane asistovanej reprodukčnej technológie ako je in vitro fertilizácia (IVF).
tags: #oplodnenie #zeny #po #anglicky