Ontogenetický vývin - ontogenéza - je komplexný proces, ktorý zahŕňa všetky fázy života organizmu od jeho začiatku až po koniec. Tento vývin sa u pohlavne sa rozmnožujúcich organizmov, vrátane človeka, začína tvorbou pohlavných buniek, pokračuje oplodnením a vývojom nového jedinca, a končí smrťou. Ontogenéza zahrnuje obdobia rastu, dozrievania, reprodukcie a nakoniec aj starnutia.
Aby sme pochopili celý tento vývin, musíme sa vrátiť na úplný začiatok, kde sa tvorba nového jedinca začína procesom tvorby pohlavných buniek, tzv. gametogenézou. Pohlavné bunky, mužské spermie a ženské vajíčka, majú polovičný (haploidný) počet chromozómov ako telové (somatické) bunky - u človeka je to 23 chromozómov. Splynutím spermie a vajíčka sa obnovuje diploidný stav (46 chromozómov), čo umožňuje špeciálne delenie jadra nazývané meióza. Gaméty sa tvoria v pohlavných orgánoch a ich vývoj vedie k vytvoreniu nového jedinca.
Oplodnenie je koncepcia, počatie. Splynutie mužskej pohlavnej bunky spermie so ženskou pohlavnou bunkou vajíčkom. Nazýva sa aj koncepcia alebo počatie - je to začiatok nového ľudského života na biologickej úrovni. Výsledkom oplodnenia je vznik jedinej bunky - zygoty, ktorá nesie novú, unikátnu genetickú výbavu (kombináciu génov od matky a otca).
Proces tvorby pohlavných buniek (Gametogenéza)
Princípom vývinu pohlavných buniek je redukcia počtu chromozómov na polovicu v procese meiózy. Pred meiózou dochádza k zmnoženiu DNA (v S-fáze), takže každý chromozóm je zložený z dvoch chromatíd (2c). Potom sa počas I. meiotického delenia párujú homologické chromozómy, vymenia si úseky DNA (crossing-over) a po rozdelení bunky vzniknú dve dcérske bunky s polovičným (haploidným) počtom (n) chromozómov, ale stále s dvojnásobným množstvom DNA (2c). V II. meiotickom delení dochádza k rozdeleniu aj týchto dvojchromatidových chromozómov, takže každá z dcérskych buniek získa len po jednej kópii DNA (1c).
Okrem redukcie počtu chromozómov na polovicu dochádza počas vývinu pohlavných buniek aj k výraznej morfologickej diferenciácii: spermie sú najmenšie bunky ľudského tela (hlavička len 5 µm, bičík má asi 50 µm), nemajú prakticky žiadnu cytoplazmu a sú pohyblivé, zatiaľ čo vajíčko je najväčšia bunka tela (asi 100 µm), má veľa cytoplazmy a je nepohyblivé.
Spermatogenéza (Vývin spermií)
Spermie vznikajú v mužských pohlavných orgánoch - semenníkoch. Optimálna teplota pre spermatogenézu je asi o 2 °C nižšia ako je telesná teplota, preto sú semenníky umiestnené v miešku mimo tela. Potrebná teplota je zabezpečená reguláciou krvného obehu a kontrakciou hladkej svaloviny pod kožou miešku. Spermatogenéza prebieha neustále od puberty až po starobu.
Spermie vznikajú z diploidných prvopohlavných buniek, ktoré sa nazývajú spermatogónie. Veľmi malé množstvo spermatogónií je prítomné v semenníkoch už pri narodení, ale tieto ostávajú až do puberty neaktívne. V puberte dochádza k ich aktivácii prostredníctvom folikulostimulačného hormónu (FSH), ktorý je produktom hypotalamo-hypofýzového komplexu, a následne mužského pohlavného hormónu testosterónu. Významnú úlohu zohráva stimulácia vmedzerenými Leydigovými bunkami. Aktivované spermatogónie sa mitoticky delia, čím sa zvyšuje ich počet.
Niektoré spermatogónie ostávajú v štádiu prekurzorických buniek, zatiaľ čo ostatné sa začnú vyvíjať na primárne spermatocyty (spermatocyty I. rádu) a vstupujú do meiózy. Ich jadrá sa zmenšujú a zahusťujú v súvislosti s tým, ako pokračuje delenie. Po I. meiotickom delení vznikajú z jedného primárneho spermatocytu dva sekundárne spermatocyty (spermatocyty II. rádu), ktoré už majú polovičné množstvo chromozómov, ale chromozómy sú tvorené dvomi chromatidami. Napokon po II. meiotickom delení vznikajú spermatidy s 23 jednochromatidovými chromozómami. Z každého primárneho spermatocytu tak vzniknú 4 spermatidy.
Spermatidy ďalej dozrievajú, ich cytoplazma sa predlžuje do žubrienkovitého tvaru a na jej konci vznikne bičík. Pri tomto procese majú veľký význam Sertoliho bunky, ktoré sa nachádzajú v stenách semenotvorných kanálikov.
V ejakuláte o objeme 4-5 ml sa nachádza približne 400-500 miliónov spermií. Spermie môžu byť málo pohyblivé, morfologicky abnormálne alebo nezrelé, ich podiel by však nemal presiahnuť 15 %. Väčšie percento je považované za faktor znižujúci plodnosť. V súčasnosti dochádza k všeobecnému poklesu počtu spermií ako aj zvyšovaniu podielu abnormálnych foriem, čo súvisí s nezdravým životným štýlom.
Spermia je najmenšia bunka ľudského tela. Jej telo sa skladá z 3 častí:
- hlavička spermie - nachádza sa tu najdôležitejšia organela - jadro, ktorá nesie polovicu genetickej informácie budúceho embrya
- krčok - stredná časť, v ktorej sa nachádzajú mitochondrie, zabezpečujúce energiu pre aktívny pohyb spermie
- bičík - má podobnú submikroskopickú štruktúru ako bičík prvokov
V prednej časti hlavičky spermie sa nachádza tzv. akrozóm, ktorý obsahuje enzýmy potrebné na prienik do vajíčka.
Oogenéza (Vývin vajíčok)
Vajíčka vznikajú v ženských pohlavných orgánoch - vaječníkoch. Na rozdiel od spermií, ktoré vznikajú až v puberte a tvoria sa neustále až do smrti, je najviac vajíčok v tele dievčaťa prítomných pri narodení (asi 700 000). Odvtedy sa ich počet neustále znižuje a nové už nevznikajú. Medzi 16-25 rokmi je ich asi 150 000, medzi 26-35 rokmi asi 50 000, medzi 36-45 rokmi asi 34 000 a po menopauze (asi 45-55 rokov) vymiznú všetky.
Vo vaječníku sa nachádzajú nezrelé vajíčka, ktoré postupne definitívne dozrievajú až počas ovariálneho cyklu.
Z prvopohlavných buniek vznikajú diploidné oogónie, ktoré sa mitoticky množia do spomínaného počtu asi 700 000. Akonáhle ustane ich mitotická aktivita, vstupujú do meiózy. To je ďalší dôležitý rozdiel oproti spermiám, resp. spermatogóniám, ktoré sa meioticky začínajú deliť až v puberte. I. meiotické delenie oogónií však zastane v štádiu profázy I. (v diploténnom štádiu) a pokračuje až s nástupom pohlavnej zrelosti. Takéto štádium bunky sa nazýva primárny oocyt (oocyt I. rádu). Primárny oocyt prekonáva rastovú fázu, počas ktorej sa v ňom ukladajú zásobné látky potrebné pre výstavbu vaječných a zárodočných obalov budúceho embrya a tiež ako zdroj energie. Tým dochádza, opačne ako v prípade spermií, k zväčšovaniu cytoplazmy.
Zároveň sa primárne oocyty obaľujú okolitým tkanivom a spolu s ním vytvárajú primárny folikul. Primárne folikuly dozrievajú v pravidelných mesačných intervaloch počas ovariálneho cyklu, kedy dochádza k rastu a dozrievaniu niekoľkých primárnych folikulov a vzniku Graafovho folikulu. Zároveň s uvoľnením vajíčka z Graafovho folikulu (ovulácia) dochádza k ukončeniu I. meiotického delenia a vzniku dvoch nerovnocenných buniek - veľkého sekundárneho oocytu (oocytu II. rádu) a malého pólového telieska. Ovuláciu, rast a zrenie vajíčok riadia gonadotropné hormóny predného laloku hypofýzy a tiež pohlavné hormóny, ktoré produkujú vaječníky.
Druhé meiotické delenie nastane až v čase oplodnenia vajíčka spermiou, po ktorom vzniká už zrelé vajíčko - ootida (ovum), a ďalšie pólové teliesko. Niekedy sa rozdelí ešte aj prvé pólové teliesko, ale keďže ani jedno pólové teliesko prakticky nemá nijakú cytoplazmu, všetky zanikajú.
Keďže vajíčko "dozrie" až po oplodnení spermiou, čo je už definované ako zygota, u človeka sa prakticky so zrelým vajíčkom nikdy nestretávame. Rovnako sa nestretávame s ľudským vajíčkom ako so samostatnou bunkou - vždy je buď súčasťou folikulu (primárneho alebo Graafovho), na ktorom je priamo závislé, alebo sú bunky na jeho povrchu potrebné k samotnému oplodneniu spermiou (tzv. vrstva cumulus oophorus).
Oplodnenie vajíčka
Oplodnenie vajíčka je veľmi zaujímavým procesom a má isté zákonitosti a postupy. Ak plánujete otehotnieť, sledujte pravidelnosť svojho menštruačného cyklu a zvážte použitie ovulačných testov. Tie vám môžu pomôcť určiť, kedy nastáva najvhodnejší čas na počatie, teda kedy dochádza k ovulácii. Aby mohlo dôjsť k oplodneniu, musí spermia preniknúť k vajíčku v čase ovulácie. Ovulácia, teda uvoľnenie zrelého vajíčka, je u každej ženy veľmi individuálna a súvisí jednak s dĺžkou menštruačného cyklu a jednak s dĺžkou samotnej menštruácie. Zvyčajne nastáva približne medzi 10. a 18. dňom cyklu.
Spermie po pohlavnom akte - koitus - sa dostávajú cez pošvu a maternicu do vajíčkovodov. Tu zostávajú živé 1-2 dni. Čas pobytu spermií v ženských pohlavných cestách je zároveň potrebný pre následné oplodnenie vajíčka - kapacitácia spermií. Ak v tomto čase nastane ovulácia, je oplodnenie vysoko pravdepodobné. Pohybu spermií napomáha aj sekrét vajíčkovodu, tvorba ktorého je zvýšená práve ku koncu folikulárnej fázy ovariálneho cyklu.
K vajíčku sa dostáva iba 300-500 spermií z počiatočného počtu 200-300 miliónov, a len 1 spermia oplodňuje vajíčko. Pri styku spermie s vajíčkom dochádza k enzymatickej akrozómovej reakcii, rozrušeniu glykoproteínového vajíčkového obalu - zona pellucida - a prieniku spermie do vajíčka. Súčasne vajíčko reaguje tzv. oplodňovacou reakciou, ktorá zabráni prieniku ďalších spermií. Prienik spermie je zároveň impulzom k dokončeniu druhého meiotického delenia vajíčka, ktoré je zatiaľ v štádiu oocytu II. rádu. Krátko na to dochádza k splynutiu oboch haploidných jadier, čím je oplodnenie dovŕšené a nastupujú procesy pripravujúce vajíčko na prvé brázdenie.
Cesta spermií po pohlavnom styku: ejakulát sa dostane do pošvy, spermie prechádzajú cez: pošvu, krčok maternice, dutinu maternice, až do vajcovodu. Len malé percento spermií z pôvodného množstva túto cestu prežije. Vo vajcovode: vajíčko je obklopené obalmi a bunkami, spermie sa snažia preniknúť cez obaly vajíčka, potrebujú na to enzýmy v hlavičke spermie (akrozóm), dostatok energie a pohyblivosti.
Hoci vajíčko môže obklopovať mnoho spermií, do vnútra vajíčka prenikne iba jedna. Po vniknutí jednej spermie sa: obal vajíčka uzavrie pre ostatné spermie - aby nevniklo viac spermií naraz, zabráni sa tak nesprávnemu počtu chromozómov.
Jadro spermie (s 23 chromozómami) sa spojí s jadrom vajíčka (tiež 23 chromozómov), vznikne zygota s 46 chromozómami - nová bunka so zdedenými vlastnosťami od oboch rodičov, týmto momentom je oplodnenie dokončené.
Vznik zygoty a raný vývin embrya
Po oplodnení sa oocyt prechádza meiózou, aby sa vytvorilo haploidné vajíčko. Genetický materiál spermie a vajíčka, z ktorých každý má 23 chromozómov, je fúzovaný, výsledkom čoho je diploidná bunka so 46 chromozómami, nazývaná zygota.
Po vzniku zygoty pokračuje vývoj: zygota začína delenie - z jednej bunky vznikajú 2, potom 4, 8, 16 atď., vzniká zhluk buniek (najprv morula, neskôr blastocysta), počas niekoľkých dní sa tento zhluk pomaličky posúva vajcovodom do maternice.
Oplodnené vajíčko sa mitotickým delením postupne brázdi, pričom medzi jednotlivými bunkami sú hlboké brázdy - brázdenie (ryhovanie) zygoty. Jedno delenie prebieha približne raz za 24 hodín a celkový objem vajíčka sa počas ryhovania nezväčšuje kvôli tomu, že stále je prítomná zona pellucida. Jednotlivé bunky sa nazývajú blastoméry. Vznik moruly (1.-4. deň).
V čase, keď embryo pozostáva z 32 buniek, časť buniek začína migrovať a z plného útvaru sa stáva dutý útvar - blastocysta (blastula). V blastocyste sa diferencujú povrchové bunky, ktoré zabezpečujú nidáciu a majú vyživovaciu funkciu v ranom embryonálnom štádiu - trofoblast, a vlastné bunky embrya, ktoré sa koncentrujú vo vnútri blastocysty pri póle orientovanom k sliznici maternice - embryoblast. Blastocysta sa následne zbavuje obalu zona pellucida, čím je umožnená jej nidácia (implantácia) v maternici.
Po príchode do maternice: blastocysta sa snaží uhniezdiť v sliznici maternice, tento proces sa nazýva nidácia (uhniezdenie). Z trofoblastu sa vytvára vonkajší plodový obal chorion (vytvára výbežky a z nich sa vytvára orgán placenta - plodový koláč).
Oplodnené vajíčko sa mení v zygotu, v níž probíhajú opakovaná mitotická dělení (rýhování). Zygota se nejprve rozdělí na dvě blastomery, ty dále na čtyři atd. Ako sa dosiahne deväť-bunkové štádium, blastomery sa k sebe primykajú a vytvárajú kompaktnú bunkovú guľu (tzv. kompaktácia). Kolem 4. dňa vstupuje morula do dělohy a začíná sa v ní objevovat dutina vyplněná tekutinou - dutina blastocysty. Je to preto, že morula, resp. blastocysta opúšťa zona pellucida procesom zvaným hatching a tekutina dovnitř dutiny v ní vniká z děložní dutiny.
V blastocyste sa diferencujú bunkové skupiny: vonkajšia vrstva buniek, tzv. trofoblast (spolupracuje na tvorbe placenty), a vnútorná bunková masa neboli inner cell mass (ICM) (embryoblast). Blastocysta dva dni voľne pláva v maternicovom sekréte a rýchlo zväčšuje objem. Obvykle sa blastocysta 6. deň po oplodnení uchytí na epitelu endometria, najčastejšie svojim embryonálnym pólom. 7. deň vzniká delamináciou epiblastu - hypoblast.
Rozdiel medzi oplodnením a tehotenstvom
Je dôležité rozlišovať: Oplodnenie = splynutie spermie a vajíčka vo vajcovode, vznik zygoty. Tehotenstvo = stav, keď sa oplodnené vajíčko (embryo) úspešne uhniezdi v sliznici maternice a začne sa ďalej vyvíjať. To znamená, že: môže nastať oplodnenie, ale ak sa vajíčko neuhniezdi, tehotenstvo sa nevyvíja a dôjde k menštruácii. Pri mimomaternicovom tehotenstve sa oplodnené vajíčko uhniezdi mimo maternice (najčastejšie vo vajcovode) - je to nebezpečný stav, ktorý vyžaduje lekársku pomoc.
Oplodnenie
tags: #oplodnenie #vajicka #zygota