اسپرم چیست؟ | ساختار، عملکرد، مراحل تولید و ناهنجاری ها

اسپرم چیست ؟

در چه سنی اسپرم تولید می شود؟

با شروع بلوغ در مردان، تولید اسپرم‌های بالغ آغاز می‌شود که سن دقیق آن در افراد مختلف متفاوت است اما به طور معمول تولید این سلول‌ها، در حدود سن 10 تا 12 سالگی در پسران جوان آغاز می‌شود. با رسیدن به سن بلوغ، هر روز میلیون‌ها سلول اسپرم تولید می‌شوند که طول هر یک از آن‌ها حدود 0/002 اینچ (0/05 میلی متر) است.

اسپرم چه اندامک هایی دارد؟

• سر: شامل هسته‌ای حاوی رشته‌های کروماتین بسیار پیچ‌خورده است که در ناحیه قدامی، توسط کیسه‌ای نازک و صاف به نام «آکروزوم» (Acrosome) احاطه شده که حاوی آنزیم‌هایی برای نفوذ به تخمک است. همچنین در سر اسپرم، تعدادی واکوئل قرار دارند.
• قسمت میانی: این قسمت دارای ۱۰ تا ۱۴ مارپیچ میتوکندری است که رشته محوری را در سیتوپلاسم احاطه کرده است. همچنین دارای یک سانتریول حلقه‌ای (آنولوس) است که بین قطعه میانی و قطعه اصلی یک مانع برای انتشار ترکیبات ایجاد و به عنوان یک ساختار تثبیت‌کننده برای حفظ ثبات دم عمل می‌کند.
• گردن: یا قطعه اتصال اسپرم، شامل یک سانتریول معمولی و یک سانتریول غیرمعمول همچون «سانتریول پروگزیمال مانند» (Proximal Centriole-Like) است. این بخش میانی، یک مرکز فیلامانی (رشته‌ای) همراه با تعداد فراوانی میتوکندری در اطراف آن دارد. میتوکندری‌ها انرژی لازم برای حرکت اسپرم و حیات آن را از طریق تولید ATP فراهم می‌کنند.
• دم: دم اسپرم که تاژک نیز نامیده می‌شود، طولانی‌ترین بخش اسپرم و قادر به انجام حرکات موج مانند است و اسپرم را برای جابجایی به سمت تخمک و لقاح کمک می‌کند. پیش از این تصور می‌شد که حرکات دم به صورت متقارن و مارپیچی است اما یک مطالعه در سال 2020 در دانشگاه بریستول نشان داد که دم به شکل پیچیده‌تری حرکت می‌کند و ترکیبی از امواج نامتقارن دایره‌ای و امواج ایستا است و در عین حال حرکات چرخشی کل بدن به دستیابی به تقارن حرکتی کمک می‌کند.

اسپرم های متحرک

فیلم آموزش زیست‌ شناسی ۲ پایه یازدهم در فرادرس

کلیک کنید

اسپرم های بدون تحرک

اندام جنسی نر به نام «اسپرماتانژیا» در برخی گونه‌ها، که یاخته‌های منفرد و غیر متحرک به نام «اسپرماتیا» تولید می‌کند که فاقد تاژک هستند و بنابراین نمی‌توانند شنا کنند. از آنجا که اسپرماتیا قادر به شنا نیست، جابجایی و رسیدن آن به سلول تخمک، به شرایط محیط وابسته است. برخی از جلبک‌های قرمز مانند «Polysiphonia»، اسپرماتیوی غیر متحرک تولید می‌کنند که پس از آزاد شدن، توسط جریان آب پراکنده می‌شوند.

کندی‌ها اسپورهای غیر جنسی و غیر متحرک قارچ‌ها هستند که به طور مستقل از لقاح (تولید مثل غیر جنسی) جوانه می‌زنند، در حالی که اسپرماتیت‌ها برای لقاح لازم هستند. در برخی از قارچ‌ها مانند «Neurospora crassa»، اسپرماتیا با میکروکندیا یکسان است زیرا می‌تواند هر دو عملکرد لقاح را انجام دهد و همچنین بدون لقاح موجودات جدید ایجاد کند.

اسپرم در گیاهان

اجزای اسپرم

هسته اسپرم

تقریباً در تمام «رویان‌داران» (Embryophytes) یا گیاهان خاکی، که از گیاهان باستانی هستند، از جمله اکثر ژیمنوسپرم‌ها و تمام آنژیوسپرم‌ها، گامتوفیت‌های نر (دانه‌های گرده) از طریق گرده‌افشانی توسط جریان باد یا حشرات، از پایه نر به پایه ماده می‌رسند. هر دانه گرده حاوی یک سلول اسپرماتوژن (سلول مولد اسپرماتوزوآ) است. هنگامی که گرده بر روی کلاله یک گل قرار می‌گیرد، جوانه می‌زند و شروع به ایجاد لوله گرده می‌کند.

این جانداران هسته‌های اسپرم را در یک آنتریدیوم همسان در اطراف سلول‌های تخم تشکیل می‌دهند. هسته اسپرم، از طریق لوله‌های لقاح به تخمک‌ها می‌رسد، که شبیه مکانیسم لوله گرده در گیاهان است.

سانتریول اسپرم

در بیشتر اسپرم‌های سانتریول در قسمت گردن قرار دارد. اسپرمِ بیشتر حیوانات شامل دو نوع سانتریول به نام سانتریول دیستال و پروگزیمال است. در برخی دیگر از جانوران مانند انسان و گاو یک سانتریول معمول به نام سانتریول پروگزیمال و یک سانتریول با ساختار غیرمعمول وجود دارد. موش و موش صحرایی هیچ سانتریول قابل تشخیصی ندارند.

تخمک (اووسیت) تمام اجزای لازم و سیتوپلاسم را برای جنین در اختیار می‌گذارد و اسپرم نیز ساختاری به نام «سانتروزوم» را پس از لقاح تشکیل می‌دهند که با سازماندهی ساختار میکروتوبولی، کار تقسیم میکروتوبول‌ها را انجام می‌دهند. سانتزوزوم از دو سانتریول دیستال و پروگزیمال عمود بر هم تشکیل می‌شود که همراه با ترکیباتی به نام گاماگلوبولین‌ها در اطراف آن، در مجموع مرکز سازماندهی میکروتوبول (MTOC) نام دارند. اسپرمِ انسان نیز دو سانتریول کاملا مشخص دیستال و پروگزیمال دارد.

• سانتریول پروگزیمال به صورت دو قطعه در مجاورت صفحه قاعده‌ای سر اسپرم قرار دارد و از ٩ ردیف ۳ تایی میکروتوبول تشکیل شده است.
• سانتریول دیستال عمود بر سانتریول پروگزیمال قرار دارد و در امتداد محور تاژک قرار می‌گیرد و در طول فرایند اسپرمیوژنز به آکسونم تبدیل می‌شود.

مشخص نیست که در لقاح، سانتروزوم مادری چه سرانجامی پیدا می‌کند ولی احتمالا مرحله سینگامی یا طی بلوغ اووگونی از بین می‌رود. اگر سانتروزوم‌های هر دو گامت باقی بمانند و عملکرد خود را حفظ کنند، در اولین تقسیم میتوزی، گامت دارای دو مجموعه سانتروزوم و چهار سانتریول خواهد شد و دوک‌های چندقطبی و غیر طبیعی شکل می‌گیرند. سـانتريول اسپرم، در طول مرحله پرونوكلئوس دو برابر می‌شود و در مرحله سينگامی يک يا دو سانتريول در قطب‌های مخالف قرار می‌گیرند. آسیب سانتروزومی می‌تواند به توقف لقاح، یا توزیع نابرابر کروموزوم‌ها و در نتیجه انواع ناهنجاری‌های جنین منجر شود.

آکروزوم چیست؟

ساختار دم اسپرم

دم اسپرم، نوع خاصی از تاژک یا «سیلیوم» (Aka Flagella) است. در بسیاری از حیوانات دمِ اسپرم، به روشی منحصر به فرد ایجاد می‌شود که به آن «تاژک‌زایی سیتوزولی» (Cytosolic Ciliogenesis) گفته می‌شود چون تمام یا بخشی از آکسونم دم اسپرم، در سیتوپلاسم (سیتوزول) تشکیل شده است یا در سیتوپلاسم قرار می‌گیرد.

اندازه اسپرم چقدر است؟

اندازه اسپرم‌ها، با کیفیت آن‌ها مرتبط است. به عنوان مثال، اسپرمِ برخی از گونه‌های «مگس میوه» (Drosophila) تا 5/8 سانتی‌متر طول دارند که حدود 20 برابر بیشتر از اسپرمِ مگس است. اسپرم‌های بزرگ در مقایسه با نمونه‌های کوچک‌تر خود، در جابجایی و پیشروی به سمت تخمک بهتر عمل می‌کنند. سلول اسپرمِ انسان از یک سر تخت و دیسکی به اندازه 5/1 میکرومتر در 3/1 میکرومتر و یک دم به طول 50 میکرومتر تشکیل شده است.

ظرفیت یابی اسپرم چیست؟

اسپرم غیر پستانداران به ظرفیت‌گیری احتیاجی ندارند و بلافاصله پس از انزال قادر به بارور کردن تخمک می‌باشند. اسپرم بعد از ظرفیت یابی باید تحت فرایند اکتیویشن که شامل واکنش آکروزومی است قرار بگیرد.

کار اسپرم چیست؟

در پستانداران ، جنسیت فرزندان توسط سلول اسپرم، تعیین می‌شود. اسپرم‌ها، از نظر نوع کروموزوم جنسی دو نوع هستند. اگر اسپرم، حاوی کروموزوم X با تخمک لقاح یابد، جنسیت جنین ماده است و اگر اسپرم، حاوی کروموزوم Y باشد، جنین حاصل از لقاج جنسیت نر خواهد داشت. عملکرد اصلی اسپرم، رسیدن به تخمک و ممزوج شدن با آن، برای رساندن دو ساختار سلولی به نسل بعد است:

• هسته سلول که حاوی مواد ژنتیکی است.
• سانتریول‌ها که به سازماندهی اسکلت میکروتوبولی کمک می‌کنند.

حین لقاح، اسپرم، سه بخش و کارکرد اساسی را برای تخمک فراهم می‌کند:

• عامل سیگنالینگ که باعث فعال شدن تخمک خاموش متابولیکی می‌شود.
• ژنوم پدری هاپلوئید برای تکمیل شدن محتوای ژنتیکی تخم
• سانتریول که مسئول تشکیل سانتروزوم است و سیستم میکروتوبولی

محل تولید اسپرم کجاست؟

اسپرمِ حیوانات از طریق اسپرماتوژنز در داخل بیضه‌‌ها که گنادهای جنسی نر هستند و از طریق تقسیم میوز تولید می‌شوند. اسپرماتوژنز در چند ساختار سیستم تولید مثل مردان رخ می‌دهد. مراحل اولیه تولید اسپرم، در بیضه‌ها اتفاق می‌افتد و در «اپیدیدیم» (Epididymis)، جایی که گامت‌های در حال رشد بالغ و تا زمان انزال ذخیره می‌شوند، ادامه می‌یابد.

در لوله‌های اسپرم‌ساز، «سلول‌های بنیادی اسپرماتوگونی» (Spermatogonial Stem Cells) در دیواره داخلی در جهت متمایل به مرکز تقسیم می‌شوند. سلول‌های بنیادی به سمت بلوغ، از اطراف این دوایر متحدالمرکز به سمت قسمت داخلی یا لومن پیش می‌روند. بلوغ اسپرم‌ها نیز در اپیدیدیم رخ می‌دهد. انجام صحیح اسپرماتوژنز و زنده ماندن اسپرم‌ها، به دمای ۱ تا ۸ درجه سانتی‌گراد پایین‌تر از دمای طبیعی بدن نیاز دارد.

تولید اسپرم چقدر طول می کشد؟

مدت زمان انجام اسپرماتوژنز در انسان، بر اساس دو دیدگاه مختلف 74 یا 120 روز است. جابجایی اسپرم‌ها در لوله‌های بیضه نیز 3 ماه طول می‌کشد. بیضه‌ها روزانه 200 تا 300 میلیون اسپرم، تولید می‌کنند با این حال، فقط حدود نیمی از آن‌ها برابر با حدود 100 میلیون از این تعداد، به اسپرمِ زنده تبدیل می‌شوند.

اسپرم چگونه تولید می شود؟

سیستمی از لوله‌های ریز در بیضه‌ها وجود دارن که توبول‌های اسپرم‌ساز نامیده می‌شوند و سلول‌های جوانه‌ای را در خود جای داده‌اند که هورمون‌هایی از جمله تستوسترون را تولید می‌کنند که باعث تولید اسپرم می‌شوند. سلول‌های زایا تقسیم شده و تغییر می‌کنند تا جایی که شبیه لوله‌ای با یک سر و دم کوتاه می‌شوند. دم، اسپرم را به لوله‌های در پشت بیضه‌ها هل می‌دهند که اپیدیدیم نام دارند.

حدود پنج هفته، اسپرم‌ها از طریق اپیدیدیم حرکت و تکامل خود را تکمیل می‌کنند. پس از خارج شدن از اپیدیدیم، اسپرم، به سمت مجاری دفران حرکت می‌کند. هنگام انزال، اسپرم با مایع منی مخلوط می‌شود و مایع انزالی را می‌سازد. در هر بار انزال حدود 500 میلیون اسپرم آزاد می‌شوند.

مراحل تولید اسپرم چه هستند؟

روند اولیه اسپرماتوزون حدود ۶۴ تا 70 روز طول می‌کشد. این فرآیند با تولید اسپرماتوگونی از پیش‌سازهای سلول‌های زایا آغاز می‌شود. این سلول‌ها به اسپرماتوسیت‌ها تقسیم و از طریق میوز تشکیل می‌شوند و اسپرماتیدها را ایجاد می‌کنند. در مرحله بعد با ایجاد دم در اسپرماتیدها، اسپرم بالغ ایجاد می‌شود.

چرخه بازسازی اسپرم

چرخه بازسازی اسپرم شامل موارد زیر است:

• تقسیم: سلول‌های اسپرم دیپلوئید به اسپرماتیدهای هاپلوئید تقسیم می‌شوند که می‌توانند داده‌های ژنتیکی را حمل کنند.
• بلوغ اسپرم: در بیضه‌ها و به ویژه توبول‌های آن، تولید برخی هورمون‌ها به بلوغ اسپرماتیدها کمک می‌کنند. اسپرم در بیضه‌ها باقی می‌ماند تا زمانی که تقریباً بالغ شود. اسپرم بالغ دارای سر حاوی مواد ژنتیکی و یک دم است که به حرکت اسپرم، کمک می‌کند.
• حرکت اسپرم: مهاجرت اسپرم‌ها به اپیدیدیم، لوله‌ای متصل به بیضه‌ها که اسپرم را در خود ذخیره و آن را تا زمان انزال حفظ می‌کند.

اسپرماتوژنز چیست؟

«اسپرماتوژنز» (Spermatogenesis)، فرآیندی است که طی آن اسپرم‌های هاپلوئیدی از سلول‌های جوانه‌ای در توبول‌های بیضه و با تقسیم میتوزی سلول‌های بنیادی واقع در نزدیکی غشای پایه توبول‌ها آغاز می‌شود. تقسیم میتوزی «سلول‌های بنیادی اسپرماتوگونی» (Spermatogonial Stem Cells) دو نوع سلول تولید می‌کند.

فیلم آموزش فیزیولوژی‌ جانوری 1 در فرادرس

کلیک کنید

• سلول‌های نوع A سلول‌های بنیادی را بازتولید و جایگزین می‌کنند.
• سلول‌های نوع B به اسپرماتوسیت‌های اصلی متمایز می‌شوند.

این از بلوغ شروع می‌شود و معمولاً تا زمان مرگ بدون وقفه ادامه می‌یابد، اگرچه با افزایش سن مقدار تولید اسپرم کمی کاهش پیدا می‌کند. اسپرماتوژنز از قسمت انتهایی لوله‌های اسپرم‌ساز شروع می‌شود و به تدریج سلول‌ها به درون لوله‌ها فرو رفته و در امتداد آن حرکت می‌کنند تا زمانی که اسپرماتوزویای بالغ به لومن برسد، جایی که اسپرماتوزوآی بالغ ذخیره می‌شود. تقسیم بصورت غیر همزمان اتفاق می‌افتد.

اگر لوله به صورت عرضی بریده شود می‌توان حالت‌های مختلف بلوغ را مشاهده کرد. جریان تولید گروهی از اسپرم‌های بالغ که همزمان تولید می‌شوند، موج اسپرماتوژنیک نام دارد.

آنزیم های اسپرم

همانطور که گفته شد، آنزیم‌های هیدرولیتیک مانند هیالورونیداز برای ورود اسپرم به درون تخمک در آکروزوم قرار دارند که با ترشح بین فضای بین اسپرم و تخمک باعث پاره شدن غشای تخمک می‌شوند.

آزمایش اسپرم چیست؟

برای حفظ قدرت باروری اسپرم، باید ویژگی‌های مختلفی داشته باشد که می‌توان با آزمایشات متعددی فاکتورهای باروری مانند موارد زیر را بررسی کرد.

• تعداد
• تحرک
• مورفولوژی (ریخت‌شناسی)

ناهنجاری های اسپرم

هر نوع اختلال در ساختار، ترکیبات یا عملکرد اسپرم، می‌تواند به ناباروری یا ایجاد اختلال در آن منجر شود و در واقع یکی از پارامترهای بررسی ناهنجاری مایع منی محسوب می‌شود که در ادامه به شایع‌ترین آن‌ها پرداخته‌ایم:

• «آزواسپرمیا» (Azoospermia): اسپرمی در مایع انزالی وجود ندارد.
• «الیگوزواسپرمیا» (Oligozoospermia): تعداد اسپرم‌ها بسیار کم است.
• «آدنوزواسپرمیا» (Asthenozoospermia): قدرت تحرکت اسپرم‌ها پایین است.
• «نکروزواسپرمیا» (Necrozoospermia): تمام اسپرم‌های موجود در مایع انزالی مرده‌اند.
• «تراتوزواسپرمیا» (Teratozoospermia): اسپرم دچار نقایص مورفولوژیکی است که منجر به ناباروری آن می‌شوند. این نوع اختلال خود انواع مختلفی دارد به طور مثال، «گلوبوزواسپرمیا» (Globozoospermia) که در آن، اسپرم‌‌ها دارای سر گرد و فاقد آکروزوم هستند.

چگونه می توان سلامت اسپرم را بهبود بخشید؟

همانطور که گفته شد، سلامت و قدرت باروری اسپرم، با مطالعه فاکتورهای خاص مانند تعداد، تراکم، تحرک و موفولوژی اسپرم بررسی می‌شوند. هرچه این ویژگی‌ها در اسپرم به میزان نرمال نزدیک‌تر باشند، احتمال باروری نیز بالاتر خواهد بود. در مواردی از ناهنجاری‌های مرتبط با مایع انزالی و اسپرم‌ها، می‌توان با اقداماتی به بهبود وضعیت و افزایش باروری کمک کرد که در ادامه توضیح  داده شده‌اند.

• ورزش منظم: میزان اسپرم در مردانی که ۲ الی ۳ ساعت فعالیت سبک مانند پیاده‌روی یا دویدن در هفته انجام می‌دهند در مقابل مردانی که تحرک کمتری دارند بیشتر است و توانایی باروری بالاتری دارد.
• مصرف ویتامین C و ویتامین D: تعداد اسپرم و تحرک آن‌ها در اثر مصرف این دو نوع ویتامین خصوصا در مردانی که کاهش وزن دارند افزایش می‌یابد.
• مصرف لیکوپن: لیکوپن یکی از رندگدانه‌های موجود در میوه و سبزیجات قرمز رنگ مانند گوجه فرنگی است که اثر آنتی‌اکسیدانی دارد. مصرف روزانه 4 تا 8 میلی‌گرم لیکوپن می‌تواند به افزایش تعداد اسپرم و زنده ماندن آن را افزایش دهد. یکی از عوامل ناهنجاری‌های اسپرم و مایع منی، وجود استرس اکسیداتیو (عدم تعادل بین ترکیبات مضر اکسید کننده در بدن، با میزان آنتی‌اکسیدان‌ها) است که با مصرف آنتی‌اکسیدان‌ها می‌توان به دفع سموم و اکسیدان‌ها و محافظت از آنزیم‌ها و ساختارهای سلولی محافظت کرد.
• عدم مصرف دخانیات: سیگار کشیدن تأثیر قابل ملاحظه‌ای بر روی کیفیت مایع منی و عملکرد اسپرم، به ویژه در مردان بارور دارد.
• عدم مصرف الکل: مصرف الکل در بسیاری از ناهنجاری‌های مورفولوژیک اسپرم و کاهش تستوسترون، نقش اثبات‌شده‌ای دارد.

بانک اسپرم چیست؟

اسپرماتوئیدها را می‌توان در رقیق‌کننده‌هایی مانند رقیق‌کننده دمای متغیر (Illini Variable Temperature) (IVT)، که باروری اسپرم‌ها را بیش از هفت روز حفظ می‌کند. رقیق‌کننده IVT از چندین نمک، قند و ترکیبات آنتی‌باکتریال تشکیل شده و با کربن‌دی‌اکسید گازدار می‌شود. برای ذخیره‌سازی طولانی‌تر مایع منی می‌توان از روش انجماد استفاده کرد. طولانی‌ترین زمانی که می‌توان اسپرم‌های انسان را با حفظ باروری ذخیره کرد، 21 سال گزارش شده است.

انجماد اسپرم چیست؟

در حالت طبیعی، اسپرم قبل از ظرفیت‌یابی بالغ می‌شود و این مرحله پس از انزال در دستگاه تناسلی ماده اتفاق می‌افتد، در شرایط In vitro ظرفیت‌یابی با انکوبه کردن اسپرم به دست آمده از انزال یا استخراج شده از اپیدیدیم در محیط کشت مربوطه برای چندین ساعت رخ می‌دهد.