Глава III оплодотворение и беременность 1 страница

ОПЛОДОТВОРЕНИЕ

Характеристика яйцеклетки. Яйцеклетки млекопитающих неподвижны и имеют значительно большие размеры, чем спермин. Это обусловлено и большей массой цитоплазмы, и, главным образом, наличием запасного питательного материала в виде желтка (дейтоплазмы). Этот материал представлен желточными гранулами и пластинками. Состоит из белков, фосфолипидов и нейтральных жиров. Желток может находиться в цитоплазме яйцеклетки или быть обособленным от цитоплазмы. Образуется в печени и других органах и через кровь поступает в ооцит.

У домашних животных диаметр яйцеклетки без прозрачной оболочки колеблется от 0,11 до 0,15 мкм и мало зависит от размеров тела. Яйцеклетка коровы имеет диаметр около 115 мкм, толщина прозрачной оболочки 15-30 мкм и общий диаметр клетки составляет 165 мкм. Яйцеклетка овцы несколько больше – соответственно 112-125, 9-16 и 167 мкм. Яйцеклетка свиньи имеет диаметр 130 мкм, толщина прозрачной оболочки – 15 мкм.

Яйцеклетка, вышедшая из фолликула, вскоре погибает, если не будет оплодотворена. Уже в период прохождения истмической части яйцепровода цитоплазма и ядро клетки распадаются на отдельные фрагменты и после размягчения прозрачной оболочки постепенно рассасываются. Происходит это уже в матке, куда неоплодотворенные яйцеклетки попадают примерно в то же время, когда и оплодотворенные. У кобыл неоплодотворенные клетки остаются в яйцепроводах, где подвергаются медленной (в течение нескольких недель или даже месяцев) цитоплазматической дегенерации. У этого вида животных развивающийся зародыш оказывает, по-видимому, более мощное эндокринное (или иное) влияние на функцию яйцепроводов, что позволяет ему проникнуть в матку, тогда как неоплодотворен-ная клетка туда не проходит. Продолжительность жизни яйцеклетки коровы составляет 10-12 ч; овцы – 12-15; лошади – 8-10 ч; свиньи – 6-15 ч. В течение этого периода яйцеклетка может быть оплодотворена, но чаще способность к оплодотворению сохраняется более короткое время и обычно не превышает 6 ч.

По мнению Ф.И.Осташко и др., яйцеклетки млекопитающих сохраняют способность к оплодотворению in vivo 4-5 сут и оплодотворение их возможно не только в яйцепроводе, но и в роге матки.

Сущность оплодотворения. Оплодотворение - физиологический процесс, в результате которого происходит объединение генетического материала яйцеклетки и спермия и образование новой клетки (зиготы) с диплоидным набором хромосом.

Во время продвижения яйцеклетки по яйцепроводу в начале ампулярной части его вследствие беспорядочного движения спермиев происходит встреча их с яйцеклеткой и оплодотворение. Наступление оплодотворения зависит от числа присутствующих спермиев, а также биологической полноценности обеих гамет.

У некоторых млекопитающих яйцеклетка окружена фолликулярными клетками (лучистым венцом). Эти клетки склеены между собой материалом, имеющим в своем составе гиалуроновую кислоту. Под влиянием фермента гиалуронидазы фолликулярные клетки довольно быстро рассеиваются уже в воронке яйцепровода. Фермент деполимеризует гиалуроновую кислоту и разрушает склеивающий клетки материал. Гиалуронидаза содержится в плазме спермы и спермиях (акросоме). Особенно много содержится фермента в семенниках и сперме кролика. Функция гиалуронидазы при оплодотворении заключается в том, что она позволяет отдельным спермиям пройти между фолликулярными клетками и достичь яйца. Для этого не требуется разрушение всего лучистого венца, хотя полное обнажение клетки важно и необходимо для продвижения ее по яйцепроводу, но оно может произойти и без Участия спермиев.

Следует отметить, что этот процесс не имеет видовой специфичности. Это послужило поводом использовать фермент гиалуронидазу для повышения оплодотворяемости путем добавления ее в сперму. Однако результаты испытаний противоречивы.

Лучистый венец хорошо выражен у яйцеклеток свиней, значительно слабее - у коров. Клетки венца могут направлять спермий, когда он проходит между ними, и подводить его к яйцеклетке. Определенную роль в соединении гамет играют гормоны оплодотворения (гамоны). Известно четыре гамона. Два из них (гинога-моны) выделены из яйцеклетки. Гиногамон 1 активизирует действие спермиев, гинагамон 2 вызывает их агглютинацию. Два других (андрогамоны) выделены из спермиев. Андрогамон 1 парализует движение спермиев и нейтрализует гиногамон 1. Андрогамон 2 (акрозин) растворяет прозрачную оболочку и облегчает достижение спермиев поверхности яйцеклетки; он нейтрализует гиногамон 2.

После достижения спермием прозрачной оболочки следует видоспецифическая реакция, которая приводит к прочной связи половых клеток. Сродство определенных фракций белков из плазматических мембран спермиев и прозрачной оболочки яйца, по-видимому, имеет решающее значение в прикреплении к ней. Вскоре после этого спермий по узкому извилистому пути быстро проникает через эту оболочку. При этом отделяется и утрачивается на поверхности прозрачной оболочки пузырчатая акросомная и плазматическая мембраны спермия. Головка спермия попадает в околожелточное пространство и вскоре соприкасается с желточной оболочкой. После этого прозрачная оболочка становится малочувствительной к другим спермиям. Вот почему у ряда видов (хомяк, собака, овца, лошадь и др.) число проникших через прозрачную оболочку спермиев не велико. У других животных (крольчиха, корова, свинья и др.) ответная реакция прозрачной оболочки замедленная или совсем не проявляется и в околожелточное пространство могут попасть десятки и даже сотни спермиев.

После контакта спермия с желточной оболочкой яйцеклетки, когда произойдет слияние их плазматических мембран (у ряда видов под желточной оболочкой находится вторая оболочка – плазматическая мембрана), начинается кортикальная реакция. Кортикальные зерна, расположенные в поверхностном слое цитоплазмы яйцеклетки, вздуваются, затем их оболочки вместе с плазматической мембраной гаметы разрываются. В пространство между ее поверхностью и желточной оболочкой изливается содержимое этих гранул (зерен), которое содержит протеолитический фермент. Он разрушает связи желточной оболочки с другими спермиями, и это предотвращает полиспермию. Кортикальная реакция распространяется по поверхности яйцеклетки волнообразно в течение 10-20 с. У некоторых видов в процессе кортикальной реакции желточная оболочка приподнимается над поверхностью яйцеклетки, образуя перивителиновое пространство. На внутренней поверхности оболочки накапливаются тонким слоем вещества, освобождающиеся из гранул. В результате желточная оболочка утолщается и ее называют оболочкой оплодотворения.

После соприкосновения спермия с желточной оболочкой происходит образование второго полярного тельца и ооцит второго порядка превращается в зрелую яйцеклетку. Затем спермий полностью погружается в цитоплазму клетки. Входит он не перпендикулярно, а по касательной по отношению к желточной оболочке (рис. 58). После вхождения в яйцеклетку головка спермия набухает, теряет форму и оболочку и становится едва заметной, ядерный материал выходит из нее и вскоре появляются в виде мелких точек ядрышки. Они постепенно соединяются и образуют большие, круглые частицы, которые включаются в мужской пронуклеус; пронуклеус окружен ядерной оболочкой.

Также происходит образование женского пронуклеуса. После второго редукционного деления ядро яйцеклетки разрывается и его содержимое смешивается с цитоплазмой. Материал хромосом превращается в раздробленную зернистую массу. Затем образуются ядрышки, которые вскоре окружаются оболочкой. Образуется женский пронуклеус. Эти изменения наступают в течение 2-3 ч после проникновения спермия.

Слияние пронуклеусов (сингамия) является конечной стадией оплодотворения. После сближения в цент-Ре клетки пронуклеусы уменьшаются- в величине, исчезают ядрышки; затем исчезают и ядерные оболочки. Появляются две группы хромосом, которые движутся навстречу друг другу и в стадии метафазы происходит их слияние (соединение ядер клеток при конъюгации). Почти непосредственно за этим следуют анафаза и телофаза первого деления мейоза.

В отдельных случаях в яйцеклетке оказывается 2 или даже 3 спермия (полиспермия). В результате образуется 3 или 4 пронуклеуса. Возможность оплодотворения несколькими спермиями может возникать в тех случаях, когда второй спермий проникает через прозрачную оболочку в точке, диаметрально противоположной точке первоначального проникновения. Но если осеменение проведено в оптимальное время, то яйцепроводы и оболочки яйцеклетки, действуя совместно, исключают до минимума возможность одновременного И0стижения поверхности яйцеклетки двумя жизнеспособными спермиями. При старении яйцеклетки создаются условия для полиспермии.

Б. П. Хватов пересаживал крольчихам яйцеклетки с тремя пронуклеусами и получил нормальное потомство. По его мнению, в оплодотворении обычно участвует женский и один мужской пронуклеус, остальные же редуцируются. Но могут быть и такие случаи, когда из трех пронуклеусов сливаются два мужских, а женский редуцируется; или же участвуют все три пронуклеуса, но один из них – целиком, а два других – по половине. При этом диплоидный набор хромосом не нарушается. Б.П.Хватов считает, что наличием таких вариантов можно объяснить появление различных наследственных признаков при осеменении самок смешанной спермой.

Суперфекундация (superfecundatio) – оплодотворение нескольких яйцеклеток в период одной половой охоты спермой различных самцов. Суперфекундация характерна, главным образом, для многоплодных животных (собак, кошек, реже свиней, овец). Если самцы принадлежат к одной и той же породе, то суперфекундацию выявить трудно. Легче это сделать, если они относятся к различным породам или видам. В литературе описан случай, когда кобыла родила близнецов: жеребенка и мула. Несомненно, что в этом случае она покрывалась и жеребцом и ослом.

ТРАНСПЛАНТАЦИЯ ЗАРОДЫШЕЙ

Оплодотворенная яйцеклетка попадает в матку и развивается там до состояния зрелого плода. Развитие яйцеклетки при удачной трансплантации (пересадке) может происходить и в матке другого животного (реципиента), если в момент пересадки стадии полового Цикла коровы-донора эмбриона и реципиента совпадали.

Впервые пересадка зародышей была осуществлена Хиппом в 1890 г. у крольчих. С тех пор работы в этом направлении проводились и на других видах животных и это сделало трансплантацию зародышей одним из фундаментальных методов исследования воспроизводительной функции, в частности, – процессов оплодотворения и беременности. В настоящее время трансплантация зародышей имеет огромное практическое значение. Во многих странах функционируют коммерческие центры по трансплантации зародышей крупного рогатого скота и других животных.

Начало практического внедрения способа связано с успехами центра при Макдональдском колледже (Канада). Сотрудники колледжа в период с 1965 по 1969 г. успешно осуществляли трансплантацию яйцеклеток у крольчих, овец, свиней. Затем работы были перенесены на крупный рогатый скот и в 1973 г. получен живой теленок. С тех пор масштабы применения способа трансплантации зародышей резко возросли и в 1985 г. в США было получено несколько десятков тысяч телят-трансплантантов. В СССР за 1984-1987 гг. было проведено около 17 тыс. пересадок зародышей и получено более 3 тыс. телят. В эти годы началось внедрение метода трансплантации зародышей крупного рогатого скота и в Беларуси. В настоящее время в республике функционируют областные центры трансплантации эмбрионов, а также несколько пунктов в хозяйствах. Координируют их работу племживобъединения и лаборатория БелНИИЖ,

Значение метода в скотоводстве. В молочном скотоводстве пересадка зародышей позволяет ускорить и более точно провести оценку коров по качеству их дочерей, путем раннего получения зародышей от телок сократить интервалы между поколениями и ускорить селекцию, значительно увеличить распространение ценных генов путем отбора матерей для получения быков-производителей. В мясном скотоводстве можно добиться повышения продуктивности стад путем увеличения рождения двоен. Естественная двойневость У коров мясных пород составляет 2,8%, но вследствие размещения обоих эмбрионов в одном роге матки примерно у половины животных развитие их нарушается. Размещая эмбрионы в обоих рогах, можно увеличить число двоен до 20% и более. А при ранней идентификации пола станет возможным пересаживать только однополые зародыши и это предотвратит рождение телочек-фримартинов.

Пересадка зародышей может производиться коровам и с целью устранения бесплодия, если оно вызвано непроходимостью яйцепроводов, спайками яичников с яичниковым карманом, нарушением условий в матке вследствие старения и в других случаях. Применение этого метода позволяет многим странам вести обмен генофондом, который из-за ограничений правилами ветеринарного контроля в виде покупок животных осуществляется в небольших масштабах.

Пересадка зародышей дает возможность получать идентичных близнецов путем деления морулы или ранней бластоцисты на две или более частей, переносить ядра соматических клеток в зиготы и воспроизводить затем подобных особей.

Для получения оплодотворенных яйцеклеток in vitro и последующей пересадки их животным-реципиентам разработаны способы культивирования ооцитов из яичников убитых животных (фолликулярных ооцитов). Достигнут успех оплодотворения in vitro тубальных (извлеченных из яйцепроводов) зрелых ооцитов и последующей пересадки их реципиентам. В 1978 г. была извлечена посредством кесарева сечения девочка у 30-летней многорожавшей женщины, которой была пересажена оплодотворенная вне организма яйцеклетка. В 1982 г. впервые после оплодотворения тубальных ооцитов in vitro был получен теленок.

Большие возможности открывает трансплантация зародышей для развития генной инженерии (получение трансгенных животных, химерных животных и т.д.).

Метод трансплантации зародышей включает ряд приемов: вызывание суперовуляции у доноров и их осеменение; извлечение оплодотворенных яйцеклеток; синхронизацию половой охоты у реципиентов или же сохранение извлеченных зародышей до момента пересадки реципиентам с естественной половой охотой; пересадку зародышей реципиентам.

Вызывание суперовуляции у коров-доноров. Трансплантация зародышей может быть эффективной в том случае, когда за один прием от донора будет получено несколько половых клеток. А это возможно только в результате искусственного вызывания суперовуляции.

Вызвать суперовуляцию можно путем применения гонадотропина СЖК или очищенного ФСГ. Эти гормоны применяют в отдельности или в комплексе с гонадотропин-рилизинг-гормоном, простагландином, эстрогенами, хорионическим гонадотропином.

Существуют два основных способа вызова суперовуляции с помощью ГСЖК (фоллигон, интергонан, маротропин и др. препараты).

Ирландский способ