Гематотестикулярный барьер гистология кратко
Обновлено: 02.07.2024
Яички представляют собой парные органы. Функциями яичек являются: генеративная функция, сперматогенез - образование мужских половых клеток (сперматозоидов), а также эндокринная функция - секреция и выведение в гемациркуляторное русло мужских половых гормонов. Поэтому яички являются одновременно железами внешней секреции и железами внутренней секреции.
Яички находятся в особом вместилище - мошонке, расположенной в области промежности. Правое и левое яички отделены друг от друга перегородкой мошонки и окружены оболочками. В вертикальном положении тела левое яичко расположено ниже правого. Длина яичка в среднем составляет ~4 см, ширина ~3 см, толщина ~2 см. Масса яичка составляет ~20 ÷ 30 г. Яичко имеет гладкую плотную поверхность, плотную консистенцию, овоидную форму и несколько сплющено с боков. В яичке различают две поверхности: более выпуклую латеральную и медиальную, а также два края: передний и задний. К заднему краю прилежит придаток яичка. В яичке выделяют верхний полюс (конец) и нижний полюс (конец). На верхнем полюсе яичка часто находится небольших размеров отросток - привесок яичка. Он является рудиментом краниального конца парамезонефрального протока.
Строение яичка. Снаружи большая часть яичка покрыта серозной оболочкой - брюшиной. Под брюшиной располагается плотная соединительнотканная (фиброзная) оболочка. Из-за её беловатого цвета она получила название белочной оболочки. Под белочной оболочкой находится вещество яичка - паренхима яичка. От внутренней поверхности заднего края белочной оболочки в глубину паренхимы яичка внедряется валикообразный вырост соединительной ткани - средостение яичка. От средостения яичка веерообразно отходят тонкие соединительнотканные перегородочки яичка. Перегородочки разделяют паренхиму яичка на дольки яичка. Конусообразные дольки яичка своими вершинами обращены к средостению яичка, а основаниями - к белочной оболочке. В яичке насчитывается ~250 ÷ 300 долек. В паренхиме каждой дольки проходят от одного до четырёх извитых семенных канальцев. Каждый из канальцев имеет длину ~30 ÷ 70 см и диаметр ~150 ÷ 300 мкм. Направляясь к средостению яичка, извитые семенные канальцы в области вершин долек сливаются друг с другом и образуют короткие прямые семенные канальцы. Прямые канальцы впадают в канальцы сети яичка, которая расположена в толще средостения яичка. Из сети яичка выходят ~10 ÷ 15 выносящих канальцев яичка. Выносящие канальцы направляются в придаток яичка, где они впадают в проток придатка яичка.
Стенку семенного канальца образует собственная оболочка семенного канальца. Эта оболочка состоит из базального слоя, миоидного слоя и волокнистого слоя. Внутреннюю выстилку канальца образует эпителиосперматогенный слой (или сперматогенный эпителий, термин устаревший, так как эпителий не является источником образования сперматогенных клеток), расположенный на базальной мембране. Базальный слой (внутренний волокнистый слой), расположенный между двумя базальными мембранами (сперматогенного эпителия и миоидных клеток), состоит из сети коллагеновых волокон. Миоидный слой образован миоидными клетками, содержащими актиновые филаменты. Миоидные клетки обеспечивают ритмические сокращения стенки канальцев. Наружный волокнистый слой состоит из двух листков. Непосредственно к миоидному слою примыкает неклеточный листок, образованный базальной мембраной миоидных клеток и коллагеновыми волокнами. За ними расположен листок, состоящий из фибробластоподобных клеток, прилежащий к базальной мембране эндотелиоцитов гемакапилляра. В соединительной ткани между семенными канальцами расположены гемакапилляры и лимфакапилляры. Эти капилляры обеспечивают обмен веществами между кровью и жидкостью семенных канальцев.
Избирательность поступления веществ из крови в клетки эпителиосперматогеного слоя семенных канальцев и различия в химическом составе плазмы крови и жидкости семенных канальцев, позволили сформулировать представление о гематестикулярном барьере. Гематестикулярным барьером называется совокупность структур, располагающихся между просветами капилляров и просветами семенных канальцев и разграничивающих плазму крови и жидкость семенных канальцев.
Эпителиосперматогенный слой имеет две основных популяции клеток: сперматогенные клетки, находящиеся на различных стадиях дифференцирования (стволовые клетки, сперматогонии, сперматоциты, сперматиды и сперматозоиды) и поддерживающие клетки (син.: клетки Сертоли, сустентоциты. Обе популяции клеток взаимодействуют, находятся в тесной структурно-функциональной связи. Поддерживающие клетки лежат на базальной мембране, имеют пирамидальную форму и достигают своими вершинами просвета извитого семенного канальца. Эти клетки в 1865 г. описаны итальянским гистологом и физиологом Э. Сертоли (Enrico Sertoli, 1842-1910). Они содержат ядра неправильной формы с инвагинациями и трехчленное ядрышко (ядрышко и две группы околоядрышкового хроматина). В цитоплазме клеток Сертоли особенно хорошо развиты агранулярная эндоплазматическая сеть и аппарат Гольджи. В цитоплазме также встречаются микротрубочки, микрофиламенты, лизосомы и особые кристаллоидные включения. Среди них включения липидов, углеводов, липофусцина. На боковых поверхностях клеток Сертоли располагаются бухтообразные углубления, в которых дифференцируются сперматогонии, сперматоциты и сперматиды. Соседние поддерживающие клетки объединяются посредством зон межклеточных плотных контактов. Эти зоны разделяют сперматогенный эпителий на два отдела - наружный базальный отдел и внутренний адлюминальный отдел. В базальном отделе расположены сперматогонии, имеющие максимальный доступ к питательным веществам, поступающим из кровеносных капилляров. В аллюминальном отделе находятся сперматоциты на стадии мейоза, а также сперматиды и сперматозоиды, которые не имеют доступа к тканевой жидкости и получают питательные вещества непосредственно от поддерживающих эпителиоцитов. Поддерживающие эпителиоциты создают микросреду, необходимую для дифференцирующихся половых клеток, изолируют формирующиеся половые клетки от токсических веществ и различных антигенов, препятствуют развитию иммунных реакций. Кроме того, сустентоциты способны к фагоцитозу дегенерирующих половых клеток и к последующему их лизису с помощью своих лизосом. Клетки Сертоли синтезируют андрогенсвязывающий белок (АСБ), который транспортирует мужской половой гормон к сперматидам. Секреция АСБ усиливается под влиянием фолликулстимулирующего гормона (ФСГ) аденогипофиза. Поддерживающие эпителиоциты имеют поверхностные биохимические рецепторы для фолликулостимулирующего гормона, а также рецепторы для тестостерона и его метаболитов.
Гематотестикулярный барьер. Влияние токсинов на сперматогенез
Нарушение репродуктивной функции при токсических воздействиях может быть результатом изменения процесса сперматогенеза (при этом снижается количество и качество эякулята и развивается бесплодие), а также воздействия на зрелые сперматозоиды (путем изменения процесса нормального оплодотворения).
Различные стадии созревания сперматозоидов обладают неодинаковой чувствительностью к воздействующему агенту. Например, бисульфан и про-карбазин влияют на сперматогонии, 2-метоксиэтанол — на сперматоциты, метила хлорид — на сперматиды, 1,3-динитробензол и 2,5-гексанедион — на клетки Сертоли; клетки Лейдига разрушаются при действии этана диметан-сульфоната. Увеличение дозы приводит к поражению сперматозоидов на всех стадиях созревания и нарушению регуляторных механизмов с развитием бесплодия.
Снижение количества и качества эякулята обусловлено отсутствием или недостаточным количеством жизнеспособных сперматозоидов, возникновением незрелых, аномальных сперматозоидов с нарушенной подвижностью. Исключение таких сперматозоидов из функции репродукции осуществляется при оплодотворении яйцеклетки в женском организме: нарушаются процессы проникновения сперматозоида, имплантации, нормального течения эмбриогенеза. Накопление химических веществ в эпидидимисе, семенных пузырьках, предстательной железе приводит к гибели сперматозоидов.
Нарушения репродуктивной функции могут быть связаны с повреждениями непосредственно на уровне семенников и зависеть от патологии органов мочеполовой системы, участвующих в регуляции семяизвержения. Например, нарушение эякуляции вплоть до полного ее отсутствия при воздействии 3 % раствора гексахлорфена в эксперименте оказалось связанным с фиброзом предстательной железы. Нарушение функции эпидидимиса может наблюдаться при воздействии а-хлоридина, сульфасалазина.
Рассматривая регуляторные механизмы на тканевом, органном и организменном уровнях, обеспечивающие репродуктивную функцию, необходимо особо выделить гематотестикулярный барьер, основной функцией которого является поддержание иммунологического гомеостаза, т.е. изоляция сперматозоидов, обладающих аутоантигенной активностью, от иммунологического аппарата организма.
По современным представлениям, барьерную функцию в семеннике выполняют собственная оболочка семенных канальцев, цитоплазма клеток Сертоли, стенка сосудов и белочная оболочка, однако существуют продукты, способные разрушать барьер и проникать внутрь семенника и канальцев, оказывая повреждающее действие на сперматогенез. Из химических веществ, оказывающих повреждающее действие на семенные канальцы, особенно детально был изучен хлорид кадмия. Профессиональный контакт с соединениями шестивалентного хрома приводил к нарушениям сперматогенеза, но не оказывал вредного влияния на состояние копулятивного цикла. Данные клинических наблюдений нашли подтверждение в проведенных экспериментальных исследованиях. Как при однократном, так и при повторном ингаляционном воздействии бихромата натрия не выявлено изменений в содержании гипофизарных гормонов, тестостерона, 14-оксикортикостерона в сыворотке крови животных, а выявленные нарушения сперматогенеза обусловлены непосредственным действием хрома, проникающего через гематотестикулярный барьер, на генеративные структуры мужских гонад.
Хлорид кадмия вызывает избирательное поражение сосудов семенника, а также нарушение проницаемости других структур, осуществляющих функцию тестикулярного барьера: клеток Сертоли и собственной оболочки семенных канальцев. Последнее обстоятельство определяет гибель клеток сперматогенного эпителия либо в результате иммунных реакций, в частности под влиянием цитотоксических антисеменниковых антител, содержащихся в крови интактных животных, либо вследствие неспецифического изменения среды, окружающей развивающиеся половые клетки.
Гематотестикулярный барьер выполняет также функцию генетической защиты наиболее ранимых мейотически делящихся сперматоцитов и находящихся в фазе конденсации хроматина сперматид. Показано, что стенка семенных канальцев половозрелых млекопитающих непроницаема для производных акридина и некоторых других мутагенов, легко проникающих в ядро и способных стать причиной нежелательных мутаций.
Таким образом, гематотестикулярный барьер — один из важных механизмов, контролирующих сперматогенез и плодовитость. Он изолирует аутоантигенные половые клетки от иммунологического аппарата организма, обеспечивает их генетическую защиту и участвует в гормональной регуляции сперматогенеза.
Клиническими проявлениями нарушений репродуктивной функции мужчин могут быть различные типы нарушений спермообразования: бесплодие, нарушения сексуального поведения.
Выраженную негативную роль при бесплодии играет интоксикация такими химическими веществами, как свинец, мышьяк, сероуглерод, ртуть, фосфор, этилированный бензин. Значительно чаще бесплодие встречается у мужчин, занятых в производстве эфира, синтетических масел, анилиновых красителей.
При обследовании рабочих, контактировавших с парами хлоропрена, отмечено нарушение копулятивной функции мужчин со стажем работы более 5 лет, выразившееся в ускорении семяизвержения. Сперматологическое исследование выявило изменения в эякуляте рабочих от функциональных нарушений состояния сперматозоидов при стаже работы до 9 лет до морфологических изменений в эякуляте рабочих со стажем работы более 10 лет.
У рабочих химического производства, контактирующих с винилхлоридом в концентрациях, в основном не превышающих ПДК, при сексологическом обследовании выявлены нарушения состояния копулятивного цикла в 59 % случаев. Ухудшение состояния репродукции, проявившееся патологическими изменениями эякулята, было обнаружено в основном после 10 лет контакта с винилхлоридом.
У обследованных мужчин, страдающих фтористой интоксикацией, отмечено ослабление половой функции, выражавшееся в изолированном или сочетанном нарушении либидо, эрекции и эякуляции. Картина сперматогенеза у обследованных мужчин характеризовалась уменьшением объема эякулята, концентрации сперматозоидов в нем, а также увеличением неподвижных и дегенеративных форм сперматозоидов. Частота этих нарушений была в 3—4 раза выше, чем у лиц контрольной группы.
Таким образом, проведенные комплексные клинико-экспериментальные исследования свидетельствуют о негативном влиянии химических соединений на процессы репродукции и воспроизводства здорового потомства.
Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.
ГТБ изолирует развивающиеся мужские половые клетки от иммунокомпетентных клеток. В результате, развивающиеся половые клетки – сперматоциты и сперматиды воспринимаются иммунной системой как чужеродные. Для предотвращения аутоиммунных реакций и защиты половых клеток от повреждения другими вредными агентами существует ГТБ. В его состав входят:
Базальная мембрана эндотелия;
Оболочка извитого семенного канальца
Базальная мембрана эпителиосперматогенного слоя;
Вопрос 5. Сперматогенез
(слайд 8). Сперматогенез происходит в извитых семенных канальцах и включает четыре фазы: 1) размножение; 2) роста; 3) созревания; 4) формирования.
Фаза размножения: Происходит размножение сперматогоний путем митоза. Часть сперматогоний при митотическом делении не завершают цитокенез и остается соединенными цитоплазматическими мостиками. Появление таких спаренных сперматогоний свидетельствует о начале процессов дифференцировки мужских половых клеток.
Фаза роста: В этот период синцитиальные группы сперматогоний перестают делиться, увеличиваются в объеме и превращаются в спематоциты I порядка, которые в свою очередь перемещаются в адлюминальную зону сперматогенного эпителия. Почти сразу же сперматоциты I порядка вступают в длительную (около 3-х недель) профазу 1-го деления мейоза, которая включает пять стадий:
Стадия лептотены – в результате спирализации хромосомы в клетках становятся видны в виде тонких нитей;
Стадия зиготены – гомологичные хромосомы, образуя биваленты и обмениваются генетическим материалом – кроссинговер;
Стадия пахитены – хромосомы резко увеличиваются в размерах и укорачиваются, завершается кроссинговер;
Стадия диплотены – каждая из гомологичных хромомсом расщепляется на две хроматиды, в результате чего образуются тетрады;
Стадия диакинеза – гомологичные хромосомы несколько отходят друг от друга.
Фаза созревания: Включает два последовательных деления мейоза: в результате 1-го (редукционного ) из сперматоцитов I порядка образуются сперматоциты II порядка. Сперматоциты II порядка – имеют меньшие размеры, чем сперматоциты I порядка, располагаются ближе к просвету канальца и содержат диплоидный набор ДНК. Второе деление мейоза (эквационное - уравнительное) происходит без редупликации хромосом практически сразу вслед за первым и приводит к образованию четырех сперматид – сравнительно мелких клеток с гаплоидным набором ДНК.
Фаза формирования: Заключается в преобразовании сперматид в сперматозоиды. При этом происходит ряд изменений в ядре и цитоплазме сперматиды. Хроматин в ядре уплотняется, размеры ядра уменьшаются. Комплекс Гольджи, расположенный возле ядра, преобразуется в акросому, содержащую литические ферменты необходимые для расщепления оболочек яйцеклетки. Акросома прилежит к будущей передней поверхности ядра и постепенно распластывается по ней в виде шапочки. Центриоли перемещаются к противоположному заднему полюсу ядра клетки. Из дистальной центриоли формируется жгутик, который затем становится осевой нитью развивающегося спематозоида. Избыток цитоплазмы сперматид сбрасывается в просвет канальца в виде остаточных телец и фагоцитируется клетками Сертоли. (слайд 9).
Спрематогенез у человека происходит постоянно, длится примерно 75 суток и протекает на протяжении извитого семенного канальца волнообразно.
29.1. Компоненты системы: общие сведения
а) яички (1) и семявыносящие пути -
придатки яичек (2),
семявыносящие протоки (3);
б) добавочные железы -
семенные пузырьки (4),
предстательная железа, или простата (5),
бульбоуретральные, или куперовы, железы (6);
Вот наиболее общие сведения о б этих органах.
29.1.1. Яички и семявыносящие пути
29.1.1.1. Яички
2. Д ругие канальцы - начальн ое звено семявыводящих путей (осуществляющее депонирование и выведение сперматозоидов).
29.1.1.2. Придатки яичек
депонирование (хранение) сперматозоидов, в процессе чего происходит дозревание последних,
секреция жидкости - составной части спермы,
29.1.1.3. Семявыносящие протоки
начинаются от нижнего конца (хвоста) придатков,
затем идут вверх и через паховый канал - в брюшную полость,
здесь достигают мочевого пузыря и
впадают в верхнюю (предстательную) часть мочеиспускательного канала .
29.1.2. Добавочные железы
29.1.2.1. Семенные пузырьки
2. Каждый пузырёк - сильно изогнутая трубка с резко суженным концом.
3. Последний сливается с конечной частью семявыносящего протока;
29.1.2.2. Простата
2. Находится сразу под дном мочевого пузыря , окружая начальную часть мочеиспускательного канала -
ту, в которую открываются
семявыносящие протоки и
семенные пузырьки.
4. Простата является одновременно и железистым, и мышечным органом,
т.е. представляет собой совокупность отдельных желёзок, окружённых мышечной и соединительнотканной стромой.
2. Видимо, она обладает и эндо кринными функциями :
стимулирует деятельность яичек и
определяет развитие гипоталамуса по мужскому типу.
3. Мышечные элементы простаты во время эякуляции
выбрасывают секрет из желёзок и
образуют непроизвольный сфинктер мочеиспускательного канала.
29.1.2.3. Бульбоуретральные (куперовы) железы
2. Концевые отделы - альвеоля рно-трубчат ого типа .
29.1.3. Мужской половой член
содержит в своей толще мочеиспускательный канал и
заканчивается головкой члена.
между артериями и венами располагаются многочисленные сосудистые полости.
б) При половом возбуждении
просвет вен закрывается ,
полости переполняются кровью ,
причём, обратный отток крови в артерии тоже становится невозможным (из-за особого устройства их стенки) -
и наступает эрекция.
Теперь рассмотрим строение перечисленных органов более подробно .
29.2. Яички (семенники) и семявыносящие протоки
29.2.1. Общий план строения яичка
29.2.1.1. Оболочки и дольки
с влагалищной полостью (6) между ними;
висцеральный листок серозной оболочки и
белочная оболочка.
средостение яичка (8) - неполную вертикальную перегородку и
лучеобразные перегородки (9), расходящиеся из средостения как из центра.
29.2.1.2. Разновидности канальцев яичка и придатка
Как уже отмечалось ,
а) паренхима яичка и придатка представлена канальцами ,
б) канальцы же по функции можно поделить на две группы -
семяобразующие (сперматогенные) и
семявыводящие.
I. Сперматогенные , или извитые семенные , канальцы (1)
по 1-4 канальца на дольку ;
всего в яичке - 300-450 канальцев .
б) Возле средостения концы петли сливаются
друг с другом ,
а также с концами соседних петель.
в) После этого они продолжаются в канальцы следующего вида.
б) Отсюда нетрудно найти, что
общая протяжённость всех семенных канальцев в обоих яичках - 400-500 м.
II. Семявыносящие канальцы
С одной стороны в образуемую ими сеть впадают прямые канальцы .
располагаются в яичке (на выходе из средостения)
и являются прямыми.
Б. Остальные части канальцев
находятся уже в головке придатка яичка, образуя дольки ,
и являются извитыми.
где переходит в семявыносящий проток (6).
29.2.2. Извитые семенные канальцы
29.2.2.1. Вид на препарате
I. Малое увеличение
а) На препарате любой извитой семенной каналец может многократно попадать в плоскость среза.
II. Большое увеличение
сосуды,
обычные соединительнотканные элементы иинтерстициальные клетки (клетки Лейдига, или гландулоциты ), продуцирующие мужские половые гормоны ( тестостерон и его производные).
29.2.2.2. Собственная оболочка семенного канальца
2. а) Таким образом, в собственной оболочке семенного канальца чередуются (изнутри кнаружи)
два неклеточных и
два клеточных слоя .
б) Данная оболочка является одним из компонентов гематотестикулярного барьера (п. 29.2.3.2):
29.2.2.3. Сперматогенный "эпителий":
клеточный состав
собственно эпителиальные (играющие вспомогательную роль) и
сперматогенные клетки - совершенно особый тип клеток, не принадлежащий (вместе с женскими половыми клетками) ни к одному типу тканей.
I. Собственно эпителиальные клетки
клетки Сертоли (2) , или
поддерживающие эпителиоциты ( сустентоциты ) , или
от базальной мембраны
вплоть до просвета канальца.
II. Сперматогенные клетки на разных стадиях созревания
клетки - крупные,
в ядрах хорошо выражен рисунок хроматина;
гаплоидные ,
небольшого размера,
округлой формы (как и все предыдущие клетки),
со светлым ядром;
по размеру - мелкие,
с плотными ядрами,
а также со жгутиками (хвостами);
по мере созревания сперматогенные клетки постепенно перемещаются вдоль клеток Сертоли - от базальной мембраны к просвету канальца.
1. Далее (в пп. 29.2.3-29.2.5) мы рассмотрим подробнее специфические компоненты семенных канальцев и окружающей ткани:
клетки Сертоли,
сперматогенные клетки (и процесс сперматогенеза в целом),
клетки Лейдига (и участие яичек в гормональной регуляции).
2. И лишь после этого обратимся к семявыносящим канальцам яичек и придатков.
29.2.3. Клетки Сертоли
29.2.3.1. Морфология клеток
I. Общий вид
находится в базальной части и
б) Апикальная же часть
представлена многочисленными цитоплазматическими отростками (2) и
маскируется сперматогенными клетками.
II. Связь со сперматогенными клетками
б) В то же время каждая клетка Сертоли контактирует одновременно с несколькими сперматогенными клетками разной стадии развития.
общий контур,
положение ядра,
форма и длина отростков.
б) Такие изменения клеток Сертоли цикличны :
период цикла - это время созревания очередной генерации сперматогенных клеток.
29.2.3.2. Участие в формировании гематотестикулярного барьера
в основном, специализированные плотные контакты,
базальный - содержит сперматогонии и ранние (прелептотенные) сперматоциты;
околополостной ( адлюминальный ) - содержит остальные виды сперматогенных клеток.
б) Предыдущие компоненты последнего:
эндотелий капилляров яичка, отличающийся
отсутствием фенестр и пор,
а также многослойным характером базальной мембраны;
собственная оболочка семенных канальцев (п. 29.2.2.2).
Т.к. на стадии формирования иммунной системы указанных клеток в организме ещё нет,
то эти клетки, появляющиеся на стадии полового созревания, обладают антигенными свойствами .
б) Поэтому очень важно, что
собственная оболочка семенных канальцев не пропускает иммунокомпетентные клетки,
а контакты между клетками Сертоли не пропускают иммуноглобулины.
2. Кроме того, гематотестикулярный барьер обеспечивает поддержание особой среды (создаваемой клетками Сертоли) для прохождения специфических этапов сперматогенеза -
мейоза и
морфологической дифференцировки сперматид.
б) Это происходит по принципу шлюза:
снизу под сперматоцитами замыкается контакт между отростками клеток Сертоли,
а сверху прежний контакт размыкается.
29.2.3.3. Функции клеток Сертоли
Суммируем в таблице функции рассматриваемых клеток.
Некоторые из функций следуют из вышеизложенного,
о других же ещё не упоминалось.
те многочисленные половые клетки, которые погибают в процессе сперматогенеза;
цитоплазматические капельки (резидуальные тела), отшнуровывающиеся от поздних сперматид.
процессы развития сперматогенных клеток и постепенного перемещения последних к просвету канальца;
закономерное распространение волны инициации сперматогенеза вдоль семенного канальца.
б) Но и сами кл. Сертоли обладают эндокринной функцией: синтезируют
фактор, угнетающий (по принципу обратной связи) продукцию ФСГ гипофизом;
фактор, стимулирующий деление сперматогоний.
в) Одновременно они образуют посредник для тестостерона - АСБ ( андрогенсвязывающий белок):
лишь связавшись с последним, тестостерон оказывает влияние на развитие сперматид .
29.2.4. Развитие мужской половой системы и сперматогенез
1. Следующий объект нашего рассмотрения - сперматогенные клетки , проходящие процесс сперматогенеза.
2. Но созревание половых клеток у половозрелового человека - это лишь продолжение соответствующего процесса, начинающегося с ранних стадий эмбриогенеза .
3. Поэтому обратимся к развитию мужской половой системы.
29.2.4.1. Схема развития
I. Эмбриональный период
1. Смысл приведённых рисунков отражается схемой. -
впервые появляются в стенке желточного мешка,
затем мигрируют по кровеносным сосудам к первичным почкам
и внедряются в целомический эпителий , покрывающий эти почки.
врастающие от них в ткань п ервичной почки тяжи - половые шнуры .
б) Вместе с растущими шнурами внутрь проникают и гоноциты.
в ) Под влиянием окружающих соматических клеток определяется направление дальнейшего развития гоноцитов - в сторону мужских половых клеток.
С этого момента они называются просперматогониями.
семенным канальцам
(просперматогонии + клетки Сертоли, развивающиеся из эпителия шнуров),а также канальцам сети яичка
(гоноциты здесь редуцируются, так что остаются только эпителиальные клетки).
мочевые канальцы первичной почки преобразовываются в выносящие канальцы яичка,
а парный мезонефральный проток - в последующие семявыносящие протоки.
II. Постэмбриональный период
Динамика изменения состояния яичек после рождения кратко освещена в таблице. –
Клетки Сертоли ипросперматогонии .
семенные канальцы становятся извитыми
и растут остальные канальцы.
размножающиеся сперматогонии,
сперматоциты и затем
ранние сперматиды .
29.2.4.2. Стадии и этапы сперматогенеза
I. Три стадии
В соответствии с вышеизложенным, в созревании мужских половых клеток имеются три больших стадии. –
II. Четыре этапа собственно сперматогенеза
сперматогонии,
сперматоциты,
сперматиды и
сперматозоиды .
б) Они соответствуют следующим четырём этапам сперматогенеза
в) А. Приведённая продолжительность этапов относится к человеку.
Б. Общая продолжительность сперматогенеза у человека (не считая созревания сперматозоидов в семявыводящих путях) -
г) А. Каждый из перечисленных этапов включает множество очень сложных процессов,
и в пределах каждого этапа имеется много промежуточных форм клеток.
29.2.4.3. Митотическое размножение сперматогоний
в результате которого между дочерними клетками остаётся цитоплазматический мостик.
б) Во всех последующих делениях (и митотических, и мейотических) между клетками тоже остаются мостики.
Т.е. потомство одной изолированной сперматогонии, вступившей в дифференцировку, развивается в виде клонального синцития .
2. а) Как показано на схеме, на этапе сперматогоний ( Сг ) происходит серия из 10 митотических делений .
б) А. В начальных клетках этого ряда хроматин - диффузный (отчего ядра - светлые).
Б. Затем же в ядрах постепенно увеличивается доля гетерохроматина .
х 2
С г А спаренные
х 2
Сг А групповые
х 2
Сг А 1
х 2 , х 2 , х 2
. . .
х 2
х 2
Сг Пр
х 2
Сг В
29.2.4.4. Мейотическое деление сперматоцитов:
отличительные черты
он совершается только при созревании половых клеток,
а в процессе этого созревания - только один раз (после всех митотических делений).
I. Конъюгация гомологичных хромосом и кроссинговер
Н а стадии профазы мейоза происходит конъюгация (попарное прилегание) гомологичных хромосом.
синаптонемальных комплексов (СК).
23 тетрады (структуры из 4-х хроматид).
2. Данный процесс тоже происходит в профазе мейоза.
3. Для этого активизируются специальные ферменты, разрезающие и сшивающие ДНК.
Большая продолжительность профазы мейоза (около месяца) во многом связана с названными процессами - конъюгацией и кроссинговером.
II. Образование клеток с гаплоидным набором хромосом
а) Следующая принципиальная особенность мейоза - то, что он приводит к клеткам с гаплоидным набором хромосом.
б) Обсуждая её, будем использовать обычные обозначения:
n - гаплоидный набор ДНК ,
с - гаплоидный набор хромосом .
первое - с предшествующим удвоением ДНК
и второе (быстро следующее за первым) - без удвоения ДНК.
2. а) Клетки, проходящие эти деления, обозначаются, соответственно, как
первичные ( Сц I) и
вторичные (Cц II) сперматоциты .
б) Поскольку основной вклад в продолжительность мейоза вносит первое деление,
гаплоидный набор хромосом ( 1 с )
при диплоидном содержании ДНК ( 2 n ).
с гаплоидным содержанием и хромосом ( 1 с ), и ДНК ( 1 n ).
б) При этом по виду полученной половой хромосомы сперматиды разделяются на две группы -
III. Репарация возрастных изменений ДНК
О том, что мейоз выполняет и данную функци ю, говорит следующая гипотез а (Н.Н. Мушкамбаров, 1980).
б) Эти повреждения удаляются специальной системой репарации ДНК.
2. а) Н о эффективность деятельности последней - не 100-процентная,
и с возрастом эта эффективность понижается (в чём, возможно, и состоит генетическая программа старения!).
б) Поэтому в ДНК клеток организма с возрастом накапливаются различные изменения.
у мужчин это изолированные сперматогонии . -
б) За несколько десятков лет существования (и редких митотических делений для поддержания численности) в их ДНК могут накапливаться различные повреждения.
в) В процессе 10 митотических делений сперматогоний (когда на основе каждой исходной молекулы ДНК образуется порядка 1000 новых молекул)
"лёгкие" повреждения могут фактически исчезать,
а другие - копироваться в дочерних молекулах.
2. Передача потомству таких повреждений может происходить в отдельных случаях,
но не должна происходить как система :
иначе всё большее их накопление в последующих поколениях приведёт к вырождению вида.
б) Это тем более вероятно, что ферменты кроссинговера очень похожи по своему действию на ферменты системы репарации .
2 . Если данная гипотеза верна, то
мейоз выполняет, кроме общеизвестных, ещё очень важную функцию
и оказывается, что на генетическом уровне старение обратимо.
Рис. 1. Схема сперматогенеза. Объяснения в тексте. Рисунок автора по схемам из обзора Dirk G. de Rooij, Michael D. Griswold, 2012. Questions about spermatogonia posed and answered since 2000 (PDF, 250 Кб) и классической книги W. Bloom, D. W. Fawcett. 1975. Textbook of Histology, 10th Ed. Saunders, Philadelphia
На определенном этапе сперматогенеза созревающие половые клетки должны пройти сквозь один из самых прочных барьеров в организме — гемато-тестикулярный барьер. Горячие споры о том, как им это удается, кипели в научном мире в течение десятилетий. Двум исследователям из США удалось разгадать эту загадку.
3) . еще более дифференцированные промежуточные и В-сперматогонии, при делении которых получаются.
4) . сильнодифференцированные сперматоциты первого порядка, которые вступают в мейоз и дают вначале сперматоциты второго порядка, а затем.
5) . сперматиды, которые не делятся, а только созревают, дифференцируются, из круглых становятся вытянутыми и наконец превращаются в.
6) . сперматозоиды, которые уплывают прочь, оставляя после себя так называемое остаточное тельце, состоящее из ненужной больше цитоплазмы.
Все эти процессы происходят в семенных канальцах — тонких трубочках внутри мужских яичек. Представим себе такую трубочку в поперечном разрезе: получится кольцо. На самой наружной части этого кольца, базальной пластинке, вальяжно распластались As-сперматогонии. По мере дифференцировки, на каждом следующем этапе сперматогенеза, клетки (точнее, цепочки клеток, которые показаны на рис. 1) всё сильнее сдвигаются оттуда ко внутренней части кольца, по направлению к просвету канальца, пока, наконец, почти дозревшие сперматиды не уплывают куда-то вдаль по этому просвету, по дороге превращаясь в окончательно готовые сперматозоиды.
Рис. 2. Участок поперечного разреза семенного канальца от базальной пластинки до просвета. Показано взаимное положение созревающих половых клеток и клеток Сертоли, а также расположение плотных контактов, образующих гемато-тестикулярный барьер. Обратите внимание, насколько велики клетки Сертоли по сравнению с созревающими половыми клетками: одна клетка Сертоли занимает всё расстояние от базальной мембраны до просвета канальца. Изображение из обсуждаемой статьи в Science
И вот тут есть одна загвоздка. Дело в том, что проход через клетки Сертоли в одном месте накрепко заперт, и кажется, что пройти по нему невозможно.
Участок этот называется гемато-тестикулярным барьером (ГТБ). Он образован необычайно прочными межклеточными соединениями — плотными контактами (см. tight junction) — и располагается как раз там, где клетки окончательно перестают быть стволовыми и отправляются в необратимое путешествие по пути терминальной дифференцировки: сразу после того места, где сперматоциты первого порядка начинают готовиться к первому делению мейоза (поскольку они в этот момент находятся на стадии прелептотены, то называются прелептотеновыми сперматоцитами) и перед тем участком, где находятся пахитеновые (находящиеся на мейотической стадии пахитены) сперматоциты.
Зачем же необходим этот непреодолимый барьер? Как минимум по двум причинам.
Во-вторых, и, может быть, в-главных, гемато-тестикулярный барьер необходим для того, чтобы ни в коем случае не допустить попадания дифференцирующихся половых клеток в кровь и в лимфу. Дело в том, что по мере дифференцировки на этих клетках появляется всё больше и больше антигенов, и встреча их с антителами (которые в огромных количествах плавают в лимфе и крови) неминуемо приведет к аутоиммунной реакции (см. аутоиммунные заболевания), что может плохо кончиться как для бедных половых клеток, так и для организма в целом.
Итак, получается, что барьер этот должен быть крепок и непреодолим. И в то же время очевидно, что каким-то образом созревающим клеткам удается сквозь него пробраться. Как же это возможно?
Данный вопрос мучил умы ученых на протяжении многих десятилетий, пока наконец двое американских исследователей в серии простых, но элегантных экспериментов не расставили всё по своим местам.
Использованная ими методика заключалась в следующем. Они брали семенные канальцы мышей, окрашивали их на белки, характерные только для плотных контактов, и белки, встречающиеся только в межцеллюлярных мостиках клеточных клонов, а затем рассматривали получившиеся препараты под конфокальным микроскопом. Таким образом они могли рассмотреть взаимное расположение ГТБ и цепочек проходящих через него клеток.
И выяснилась удивительная вещь. Оказалось, что барьер во время сперматогенеза не рвется. Вместо этого откуда-то возникает новый, второй слой барьера, в результате чего цепочки сперматоцитов (находящихся уже на стадии лептотены) становятся окружены барьером, как связки сосисок — полиэтиленовой упаковкой (рис. 3). Причем исследователям нигде не удалось увидеть, чтобы край какой-нибудь цепочки где-то прорывал один из слоев барьера — то есть в любой момент прохождения сперматоцитов барьер остается целым и невредимым. Однако когда сперматоциты проходят область барьера, он снова становится однослойным.
Рис. 3. Сперматоциты, проходящие через ГТБ. Желтым цветом показано окрашивание на белок клаудин 11 (CLDN11), один из главных компонентов плотных контактов — таким образом, положение этого белка показывает положение барьера. Красным цветом показано окрашивание на белок TEX14, один из компонентов межцеллюлярных мостиков — по его положению можно понять положение цепочек сперматоцитов. Синим цветом показаны ядра клеток, окрашенные с помощью краски DAPI. S — клетки Сертоли. Головкой стрелочки показано место соединения трех клеток Сертоли. Видно, что барьер окружает сперматоциты со всех сторон, образуя отдельный закрытый компартмент (показан звездочкой). Изображение из обсуждаемой статьи с сайта журнала Science
Подробнее разбираясь, каким же образом появляется новый слой барьера, ученые обнаружили, что большую роль в этом процессе играет белок клаудин 3, один из представителей обширного семейства клаудинов. Белки этого семейства являются одним из главных компонентов плотных контактов.
Рис. 4. Схема движения сперматоцитов сквозь барьер. Клетки Сертоли показаны розовым, цепочки сперматоцитов — голубым, барьер — золотистым. Базальная пластинка находится в верхней части рисунка, просвет канальца — в нижней. Для того чтобы разобраться, что тут происходит, нужно очень хорошее пространственное воображение.
А — сперматоциты отрываются от базальной пластинки и упираются в барьер, что вызывает экспрессию в клетках Сертоли белка клаудина 3 (CLDN3, показан красным) и появление этого белка в больших количествах на базальной поверхности клеток Сертоли. В барьере же клаудина 3 нет, зато есть клаудин 11.
B — при участии клаудина 3 образуется новый слой барьера, и сперматоциты оказываются окружены барьером со всех сторон.
C — сперматоциты двигаются дальше, старый слой барьера разрушается, а в новом клаудин 3 постепенно замещается клаудином 11.
Изображение из обсуждаемой статьи с сайта журнала Science
Иными словами, картина выглядит примерно так. Цепочки сперматоцитов при своем движении к апикальной (обращенной в просвет) части канальца упираются в ГТБ. Тогда с базальной части этих сперматоцитов образуется новый, второй слой барьера, в результате чего сперматоциты оказываются внутри отдельного компартмента. Двигаясь дальше, сперматоциты разрушают старый, апикальный слой, в результате чего новый, базальный слой остается единственным барьером — ну, до тех пор, конечно, пока к нему не подойдет новая партия сперматоцитов. То есть получается, что при движении через него сперматоцитов барьер не разрушается и не сдвигается, а, можно сказать, самообновляется. Не правда ли, эпическая картина возникает перед глазами?
Источник: Benjamin E. Smith, Robert E. Braun. Germ Cell Migration Across Sertoli Cell Tight Junctions // Science. Published Online September 20, 2012. DOI: 10.1126/science.1219969.
См. также:
1) Dirk G. De Rooij, Lonnie D. Russell. All you wanted to know about spermatogonia but were afraid to ask (PDF, 512 Кб) // Journal of andrology. 2000. V. 21. P. 776–799 — захватывающе написанный, хотя и немного устаревший обзор с замечательным названием.
2) Dirk G. de Rooij, Michael D. Griswold. Questions about spermatogonia posed and answered since 2000 // Journal of andrology. Published ahead of print August 9, 2012 — не столь восхитительное, зато современное продолжение предыдущего обзора.
Читайте также: