Размножение. Половая система.

Размножение – важнейшая задача всех живых организмов. Процесс размножения позволяет биологическому виду в целом существовать неограниченно долго – при условии, что он успешно приспосабливается к изменениям окружающей среды.

Задачу размножения выполняет половая система. Мужская половая система производит сперматозоиды и, кроме того, превращает организм сначала эмбриона, а затем мальчика в организм мужчины. Женская половая система производит яйцеклетки, отвечает за формирование женских признаков организма и обеспечивает процесс беременности, рождения и выкармливания ребенка.

Ключевым органом половой системы являются половые железы – парные семенники у мужчин и яичники у женщин. Именно они производят половые клетки и половые гормоны.

Семенники (семенные железы, яички) около 4-5 см в длину и 3 см в ширину, весят 15-25 г и находятся в кожно-мускульном мешочке – мошонке. В результате такого расположения температура яичек несколько ниже температуры тела. Это необходимо для нормального течения сперматогенеза – процесса образования сперматозоидов.

Каждый семенник разделен примерно на 300 долек, внутри каждой дольки – извитые семенные канальцы. С одного конца они слепо замкнуты; другой их конец впадает в выносящие канальцы семенника.

Рис. 28-1. Основные органы мужской половой системы и внутреннее строение семенника.

Стенки семенных канальцев сформированы эпителиальными клетками, которые в ходе деления дают сперматозоиды. Процесс образования сперматозоидов происходит непрерывно и длится в мужском организме от периода полового созревания до глубокой старости. Общее число сперматозоидов достигает при этом 10¹¹-10¹². Между канальцами в семенниках находятся клетки, образующие мужские половые гормоны.

Выносящие канальцы семенника впадают в проток придатка семенника. Этот проток имеет большую длину (5-6 м), но, поскольку очень сильно извит, компактно размещается на поверхности яичка.

Проток придатка семенника накапливает зрелые сперматозоиды. От него в брюшную полость идет семявыносящий проток, который, обогнув мочевой пузырь, впадает в мочеиспускательный канал. По ходу семявыносящего протока в него открываются несколько желез, секрет которых составляет жидкую основу спермы, обеспечивая подвижность сперматозоидов и их питание. Наиболее крупные из этих желез – семенные пузырьки и предстательная железа.

В 1 мл спермы (семенной жидкости) содержится около 1,5 млн. сперматозоидов.

Яичники по размеру примерно в два раза меньше семенников и находятся в тазовой полости женщины на 5-8 см ниже пупка. Все будущие женские половые клетки (яйцеклетки, ооциты) закладываются в эмбриональный период. Каждая из них находится в центре первичного фолликула и окружена эпителиальными клетками, а также клетками соединительной ткани. Первичные фолликулы располагаются на поверхности яичника; их число составляет 200-300 тыс., размер – около 0,05 мм.

С наступлением периода полового созревания часть из первичных фолликулов начинает расти. При этом увеличивается сам ооцит, вокруг него возникает полость. Клетки оболочки фолликула выделяют женские половые гормоны. Так формируются вторичные фолликулы (их число в каждый момент времени не превышает 10-20; размер достигает 0,5 мм). Примерно раз в месяц один из вторичных фолликулов проходит окончательное созревание. Его размер быстро увеличивается до 15-20 мм (в основном, за счет роста полости), яйцеклетка также достигает зрелости. Происходит овуляция – стенка фолликула разрывается, и ооцит выходит в брюшную полость.

Рис. 28-2. Основные органы женской половой системы и процесс созревания яйцеклетки в яичнике.

Овуляция обычно происходит поочередно то в левом, то в правом яичнике. Немедленно после овуляции яйцеклетка втягивается в яйцевод через его воронку.

Яйцеводы (фаллопиевы трубы, маточные трубы) имеют в длину 10-12 см. В начале яйцевода находится воронка, частично срастающаяся с поверхностью яичника. Яйцеводы открываются в матку. Ооцит движется по фаллопиевой трубе за счет сокращений ее гладкомышечных стенок и активности ресничного эпителия. Как правило, именно в яйцеводе происходит оплодотворение яйцеклетки.

Матка – полый мышечный орган, имеет грушевидную форму. В ее широкую часть (дно) впадают яйцеводы; узкая часть (шейка матки) с помощью влагалища сообщается с наружными половыми органами.

В яичнике на месте лопнувшего фолликула развивается временная железа внутренней секреции – желтое тело. Желтое тело вырабатывает гормон прогестерон, необходимый для обеспечения процессов беременности. Если же беременность не наступила, то желтое тело перестает выделять прогестерон и разрушается. Одновременно отторгается часть слизистой оболочки матки, разросшейся под действием прогестерона, и начинается менструация .

Сперматозоид состоит из головки, средней части и хвоста. Головка очень мала – всего 0,005 мм; такой же размер имеет средняя часть, хвост (жгутик) длиннее примерно в 10 раз. В головке, кроме ядра, присутствует акросома – пузырек с ферментами, необходимыми для растворения оболочки яйцеклетки. В средней части много митохондрий, обеспечивающих энергией движения жгутика. Скорость движения сперматозоидов составляет около 30 см/час. Для того, чтобы достичь яйцеклетки, сперматозоиду нужно преодолеть около 20 см (суммарная длина матки и яйцевода).

Яйцеклетка характеризуется шарообразной формой и размером 0,12-0,15 мм. Она имеет две дополнительные оболочки – блестящую (внутреннюю, образована особыми белковоподобными молекулами на поверхности ооцита) и лучистый венец (образован клетками оболочки фолликула). В цитоплазме яйцеклетки находится значительный запас желтка – белково-липидных гранул.

Половые гормоны во время развития эмбриона обеспечивают появление первичных половых признаков, после рождения определяют развитие вторичных половых признаков. Мужские половые гормоны – андрогены (главный – тестостерон), женские – эстрогены (основной – эстрадиол), а также гормоны, обеспечивающие течение беременности.

Первичные половые признаки – это свойства непосредственно половых органов и половой системы. Если клетки эмбриона андрогенный сигнал от семенников, это направляет развитие половой системы по мужскому типу, а все ткани и органы приобретают высокую чувствительность к тестостерону. Если такой сигнал не будет получен – идет развитие по женскому типу, а все ткани и органы будут в дальнейшем активно реагировать на эстрогены. Важнейшим компонентом является программирование центров полового поведения в мозге эмбриона. В результате в норме выросший юноша и мужчина будет реализовать половое поведение по мужскому типу; девушка и женщина – по женскому типу.

Вторичные половые признаки – это анатомические и физиологические признаки, отличающие мужчин от женщин, но не имеющие прямого отношения к половой системе. Выделяю также третичные половые признаки – психологические и социально-культурные половые (гендерные) различия.

Пик полового созревания (пубертатный период) приходится у девочек на 12-16 лет. В это время под действием эстрогенов формируются вторичные половые признаки женщины. К ним относятся: развитие молочных желез, становление женского типа телосложения (особенности мускулатуры, отложения запасов жира, пропорций скелета – широкие бедра, узкие плечи), специфика роста волос, сохранение относительно высокого голоса. У мальчиков пубертатный период в среднем протекает с 13 до 17 лет. Под действием андрогенов происходит интенсивное развитие вторичных мужских половых признаков: оволосение по мужскому типу, формирование низкого голоса и др.

Кроме того, андрогены необходимы для непрерывной выработки сперматозоидов в семенниках, а также высокой активности центров полового поведения в мозге мужчины. Эстрогены, соответственно, нужны для обеспечения нормального цикла созревания яйцеклеток, беременности и высокой активности центров полового поведения в мозге женщины.

Биологический смысл полового размножения состоит в том, чтобы, соединив и перемешав гены родителей, создать потомство, отличающееся от них по тем или иным свойствам. Главный результат полового размножения – формирование разнообразия организмов, без чего невозможно выживание в изменяющейся внешней среде. Ключевым моментом полового размножения является оплодотворение – слияние мужских и женских половых клеток (гамет). При этом образуется зигота – первая клетка будущего организма потомка.

Процессу оплодотворения у высших животных, как правило, предшествует весьма сложные поведенческие ритуалы: турниры самцов, ухаживание самца за самкой и т.д. Их смысл – продемонстрировать самке, что самец достоин ее внимания, а потомство получит от отца гены, увеличивающие шансы на выживание. Программы такого поведения, также как и критерии выбора самкой самца, закреплены в нервной системе врожденно. Homo sapiens также совершенно не свободен от этого генетического «груза». Различные варианты полового, а затем и родительского поведения являются чрезвычайно важными составляющими жизни каждого взрослого человека.

Половой акт – физический контакт мужского и женского организмов. При этом функцию доставки сперматозоидов во влагалище выполняет наружный половой орган мужчины – половой член (пенис), в котором выделяют основание, тело и головку. Все они при половом возбуждении способны наполняться кровью и, увеличиваясь в размерах, твердеть (эрекция). При отсутствии эрекции половой акт затруднителен. К наружным половым органам также относится мошонка.

Вход во влагалище прикрывают наружные женские половые органы – большие и малые половые губы. Над влагалищем в месте смыкания малых половых губ находится клитор – аналог головки полового члена у мужчин. Отверстие мочеиспускательного канала у женщин расположено между клитором и входом во влагалище.

П оловой акт в норме сопровождается возникновением ярких позитивных эмоциональных переживаний. Их источником являются эрогенные зоны. У мужчин это, прежде всего, головка и тело полового члена; у женщин – клитор, малые половые губы, влагалище.

Ритмическая стимуляция полового члена при его движениях внутри влагалища довольно быстро (в среднем – через несколько минут) приводит к сокращениям гладких мышц семявыносящих протоков и выбросу спермы – эякуляции. У женщины при достижении высокого уровня полового возбуждения могут возникать аналогичные сокращения влагалища, способствующие продвижению спермы к шейке матки. Матка нерожавшей женщины имеет размер около 5 см; рожавшей – в 1,5-2 раза больше. Цилиндрическая шейка метки вдается в полость влагалища. Внутри шейки имеется канал, по которому сперматозоиды попадают в полость матки, а затем – в яйцеводы.

Схема полового акта.

Рисунок Леонардо да Винчи (1492).

П ри наличии в фаллопиевой трубе готовой к оплодотворению яйцеклетки (жизнеспособна не более 1-2 дней после овуляции) первый из достигших ее сперматозоидов, используя ферменты акросомы, проникает в цитоплазму ооцита. Одновременно происходит уплотнение блестящей оболочки, что блокирует активность «опоздавших» мужских половых клеток.

После объединения ДНК отца и матери оплодотворенная яйцеклетка (зигота) в течение суток приступает к делению, а точнее – к дроблению на все более мелкие клетки. Формирующийся эмбрион при этом движется по яйцеводу к матке. Спустя 5 суток, когда приближается момент входа в матку, он состоит примерно из 200 клеток, образующих полый шар – бластоцисту. Бластоциста (не путать с бластулой ланцетника) представляет собой специфическую стадию развития наземных позвоночных. Ее диаметр у человека не превышает 0,2 мм. Поверхность шара составляют клетки трофобласта. Трофобласт в дальнейшем обеспечивает внедрение зародыша в стенку матки и формирует поверхность ворсинок плаценты. Внутри шара бластоцисты находится компактное скопление клеток – эмбриобласт. Клетки эмбриобласта дают начало собственно зародышу и его оболочкам.

Внедрение бластоцисты в стенку матки

и начало формирования ворсинок плаценты.

Стенка матки состоит из трех слоев: наружного (периметрий; волокнистая соединительная ткань), среднего (миометрий; гладкие мышечные волокна) и внутреннего (эндометрий; слизистая матки). Эндометрий обеспечивает контакт с эмбрионом и развитие плаценты. Он представляет собой сложный комплекс из эпителиальных клеток (покровных, железистых, мерцательных) и клеток соединительной ткани, схожих с образующими дерму.

В момент овуляции толщина эндометрия максимальна и сохраняется таковой примерно в течение 2-х недель под действием гормона желтого тела прогестерона. Если внедрения эмбриона в стенку матки не произошло, то желтое тело разрушается, и прекращение выделения прогестерона приводит к отторжению поверхностной части эндометрия. Так возникают менструации – месячные кровотечения, длящиеся в зависимости от особенностей организма женщины 3-7 дней. Кровопотеря при этом составляет 40-150 г. Первый день менструации – начало цикла, длительность цикла – в среднем 28 дней. Во время менструации важно соблюдение правил гигиены и, по возможности, физического и психического покоя. Не рекомендуются купания и ванны (лучше пользоваться душем). Исключаются половые контакты.

М есячный цикл регулируется гормонами гипоталамуса гипофиза (ФСГ, ЛГ).

Если произошло оплодотворение, клетки оболочки зародыша (трофобласт) начинают выделять хорионический гормон, который предотвращает распад желтого тела. Появление в крови хорионического гормона определяется тестами на раннюю беременность (уже через 6-10 дней после оплодотворения).

Резкие скачки концентрации прогестерона и эстрогенов при овуляции и, особенно, перед менструацией могут негативно сказываться на физическом состоянии и настроении женщины (овуляторный и предменструальный синдром – ПМС).

Бесплодие является весьма распространенной проблемой. Существенно легче диагностируется бесплодие мужчин, поэтому супружеской паре при наличии проблем рекомендуется начинать с анализа спермы на количество и подвижность сперматозоидов.

В случае женского организма причинами могут быть:

• заболевания яичников;

• непроходимость маточных труб;

• заболевания матки;

• гормональные нарушения;

• генетические нарушения;

• иммунные нарушения.

В случае иммунных нарушений для организма женщины сперматозоиды и развивающийся эмбрион являются чужеродными объектами – источниками антигенов. Описаны ситуации, когда в полость матки и яйцеводов выделяются антитела, присоединяющиеся к мужским половым клеткам и снижающие их подвижность. Еще большую опасность несет атака антителами матери ворсинок плаценты либо проникновение антител из ее крови в кровоток эмбриона (как при резус-конфликте).

Одним из способов борьбы с бесплодием является использование экстракорпорального оплодотворения – ЭКО. Суть метода состоит в том, что яйцеклетку извлекают из яичника и оплодотворяют сперматозоидами в искусственных условиях (в пробирке – «in vitro»). Полученный эмбрион несколько дней содержится в инкубаторе, после чего переносится в полость матки для дальнейшего развития. К 2010 году около 4 млн. детей было зачато с помощью ЭКО. Вместе с тем, ЭКО делает возможным использование донорской спермы, донорских яйцеклеток и даже суррогатных матерей, что влечет за собой серьезные юридические и морально-этические проблемы.