Quá trình sinh tinh trùng gồm quá trình sản sinh tinh trùng từ các tế bào mầm ở ống sinh tinh và quá trình trưởng thành (biệt hoá) của tinh trùng, dưới sự điểu khiển của các nội tiết tố sinh dục.
Quá trình sản sinh tinh trùng
Quá trình sản sinh tinh trùng xảy ra ở tất cả các ống sinh tinh của nam giới, bắt đầu từ tuổi dậy thì và được duy trì trong suốt cuộc đời.
Thành ống sinh tinh chứa một lượng tế bào biểu mô mầm được gọi là tinh nguyên bào (spermatogonia). Các biểu mô mầm ban đầu – dưới sự ảnh hưởng của testosteron – sẽ mất khoảng 64 ngày với rất nhiều giai đoạn trong quá trình biệt hoá để trở thành tinh trùng (spermatozoa). Quá trình này chia thành các giai đoạn:
Sinh tinh bào : là quá trình tinh nguyên bào phân chia liên tiếp các thế hệ tế bào và đến cuối cùng tạo thành tinh bào. Tinh nguyên bào- nằm ngay trên lớp màng đáy của ống sinh tinh – là những tế bào tương đối nhỏ, tương bào có bộ máy Golgi nhỏ, các ty thể hình cầu và rất nhiều thể ribosom tự do. Vào tuổi dậy thì, tế bào này trải qua một loạt quá trình phân bào để tạo ra các tế bào giống như tinh nguyên bào ban đầu: tinh nguyên bào nhóm A và các tinh nguyên bào nhóm B lớn hơn tinh nguyên bào ban đầu. Các tinh nguyên bào nhóm B sau khi chui qua hàng rào tế bào Sertoli thì dần dần thay đổi và lớn lên tạo thành nhiều tế bào lớn, sau đó tiếp tục phát triển trở thành tinh bào I. Trong thời kỳ này có xảy ra quá trình trao đổi gen.
Giảm phân : từ tinh bào I phân chia thành các tế bào có kích thước nhỏ hơn gọi là tinh bào II. Quá trình phân chia của tinh bào I thành tinh bào II kéo dài 24 ngày và là sự phân chia giảm nhiễm, tức là một tế bào tinh bào I đang có 23 đôi NST (46 NST) được phân chia thành hai tế bào tinh bào II, mỗi tế bào chỉ còn 23 NST (22- x ; 1-y). Sau 2-3 ngày, mỗi tinh bào II tiếp tục phân chia gián phân để cho hai tế bào tiền tinh trùng vẫn với 23 NST (22- x; 1- y) . Như vậy, sau hai lần phân chia, mỗi tinh trùng được tạo ra chỉ còn mang 23 NST, nghĩa là chỉ chứa một nửa bộ gen của tinh bào nguyên thuỷ. Đây chính là giai đoạn dễ bị các tác nhân vật lý hay hoá học tác động nhất, làm quá trình tạo tinh trùng dừng lại ở tinh bào I.
Tạo tinh trùng : trong quá trình này có sự biệt hoá của tiền tinh trùng thành tinh trùng. Quá trình biệt hoá từ tiền tinh trùng thành tinh trùng chia làm bốn pha;
– Pha Golgi : các hạt xuất hiện trong phần túi của bộ máy Golgi, những túi này hợp lại với nhau thành một túi duy nhất gọi là không bào cực đầu.
– Pha mũ : tạo ra phần đầu tinh trùng với sự có mặt của một số enzym thuỷ phân như hyaluronidase, neuraminidase, acid phosphatase và protease có hoạt tính giống trypsin. Những enzym này có tác dụng phân huỷ protein trong thành phần cấu trúc xung quanh trứng, giúp tinh trùng xâm nhập vào trứng, bước đầu tiên của quá trình thụ tinh .
– Pha thể cực đầu : nhân tế bào bắt đầu dài ra và nhiều chất nhiễm sắc tụ đặc lại. Các ty thể (mitochrondria) tập trung xung quanh sợi trục, tạo thành 1 vùng rất dày, gọi là đoạn giữa. Sự sắp đặt này của các ty thể và việc tập trung các phần tử nội bào ở quanh sợi trục có liên quan đến hoạt động tiêu thụ năng lượng cao khi tinh trùng di động. Bởi sự di chuyển sợi trục của tinh trùng là nhờ các động tương hổ của các vi ống, ATP (adenosine triphosphat) và ATPase được gọi là dynein. Khi bị các dược chất tác động vào pha này sẽ làm giảm khả năng di động của tinh trùng .
– Pha trưởng thành : các chất cặn bã trong bào tương bị loại bỏ và các tế bào Sertoli thực bào, tinh trùng được giải phóng vào lòng ống sinh tinh .
Quá trình trưởng thành của tinh trùng
Tinh trùng được sinh ra và giải phóng vào lòng ống sinh tinh, lúc này chỉ là một tế bào đang “ngủ”. Nó được cơ trơn quanh ống sinh tinh đẩy trôi sang ống mào tinh và bắt đầu được mào tinh (đánh thức). Tinh trùng sẽ hoàn toàn “tỉnh giấc” sau 10- 12 ngày khi lưu trú đến hết đuôi mào tinh. Chỉ tính đến lúc đó, quá trình tạo tinh trùng mới thật sự hoàn thiện một “chàng tinh trùng” với đúng nghĩa của nó : hoàn thiện khả năng chuyển động đến xâm nhập vào trứng và sẵn sàng cho khả năng sinh sản.
Khi tinh trùng ở tiểu quản tinh, đầu, giữa và đuôi mào tinh, khả năng di động của nó theo thứ tự tương ứng các vùng là 0,3%; 12%; 30% hoặc 60%. Nếu lấy tinh trùng của thỏ từ đầu, thân và đuôi mào tinh cho thụ thai với trứng cho kết quả thụ thai của tinh trùng ở từng vùng tương ứng là 1,0 %; 63,0%; và 92,0%.
Quá trình “chín” của tinh trùng chịu ảnh hưởng của dịch và chất chế tiết trong ống mào tinh. Thành phần hoá sinh trong dịch ống mào tinh không chỉ khác huyết tương mà còn thay đổi trong những vùng khác nhau của mào tinh. Thành phần đặc biệt của dịch ống mào tinh gồm glyceryl phosphorylcholine, carnitine và acid sialic. Ngoài ra, trong dịch còn có protein, các protein này tác động đến sinh lý tinh trùng, ví dụ protein EP làm giảm khả năng tinh trùng gắn vào vùng pellucida của trứng. Những protein khác được chế tiết ở vùng đặc biệt của mào tinh sau đó kết dính với tinh trùng.
Chức năng của mào tinh phụ thuộc vào androgen. Trên thực nghiệm, chó bị thiến không hoàn toàn hai bên (cắt bỏ nhu mô tinh hoàn, để lại mào tinh), sẽ làm giảm khối lượng của mào tinh, rối loạn quá trình sinh tổng hợp và chế tiết một số thành phần dịch mào tinh. Phần lớn quá trình thoái hoá này được phục hồi nhờ liệu pháp androgen.
Chức năng của mào tinh cũng bị tác động bởi nhiệt. ở những bệnh nhân giãn tĩnh mạch thừng tinh hoặc tinh hoàn ẩn, khả năng di động của tinh trùng giảm rõ rệt.
Khả năng lưu giữ tinh trùng của mào tinh bị tác động bởi hệ thần kinh giao cảm. Tổn thương hệ thần kinh giao cảm do phẫu thuật, chấn thương hoặc hoá chất có thể gây rối loạn khả năng tích trữ tinh trùng trong đuôi mào tinh, làm giảm khả năng chuyển động và ảnh hưởng đến khả năng xâm nhập vào trứng của tinh trùng.
Tham gia vào việc tạo tinh dịch nuôi dưỡng tinh trùng, còn có túi tinh, tuyến tiền liệt và tuyến Cowper. Túi tinh sản xuất khoảng một nửa tinh dịch, chứa nhiều fructose. Dịch của tuyến tiền liệt chứa phosphatase acid, acid citric, kẽm…
Một số hormon điều hoà trong quá trình tạo tinh trùng :
Quá trình tạo tinh trùng ở các ống sinh tinh được kích thích bởi Testosteron do tế bào Leydig của tinh hoàn sản xuất, dưới sự điều khiển phức tạp bởi các hormon GnRH ( Gonadotropin Releasing Hormon) của vùng dưới đồi và FSH (Follicle Stimulating Hormon), LH (Luteinizing Hormon) của tuyến yên .
– Vùng dưới đồi đảm nhận chức năng lồng ghép trục thần kinh-nội tiết sinh sản, chế tiết hormon GnRH để phóng thích từng nhịp vào thùy trước tuyến yên.
– Tuyến yên gắn với vùng dưới đồi bởi cuống yên. GnRH tác động lên các tế bào hướng sinh dục nằm rải rác trong các thuỳ trước tuyến yên để tổng hợp các nội tiết tố hướng sinh dục (Gonadotropin hormon) như FSH và LH.
– LH tác động gián tiếp – nhưng quyết định – đến quá trình sinh tinh bằng cách tăng cường tổng hợp testosteson trong các tế bào leydig cận kề ống sinh tinh trong tinh hoàn. Tế bào leydig tổng hợp testosteron từ cholesterol, thông qua nhiều giai đoạn dưới tác động của enzym thích ứng. Đầu tiên là chuyển cholesterol vào màng ngoài của ty thể nhờ một protein STAR(steroldogenic acute regulatory protein). Bước thứ hai là biến đổi Pregnolon thành Testosterron trong lưới nội bào tương nhờ một enzym duy nhất là cytocrom P450 C17 (CYP17). CYP 17 làm một lúc hai chức năng: 17 hydroxylase và 17-20 desmolase. Protein STAR và enzym CYP 17 đều chịu sự chỉ huy của LH thông qua các thụ thể màng bào tương .
Testosteron xâm nhập tế bào đích một cách thụ động và có thể biến đổi thành dihydrotestosteron nhờ enzym 5-a reductase. Trong bào tương, testosteron và dihydrotestosteron – thụ thể có chức năng điều hoà chế tiết các hormon hướng sinh dục, đồng thời kích thích quá trình sinh tinh. Phức hợp dihydrotestosteron – thụ thể lại có chức năng nam hoá thể hình trong giai đoạn phôi thai, thúc đẩy hoạt động các androgen lúc trưởng thành, duy trì quá trình sinh sản tinh trùng.
– FSH từ tuyến yên tác động lên các tế bào Sertoli, kích thích enzym adenylcyclase, làm tăng AMP vòng (adenosin monophosphat cyclic) và thúc đẩy quá trình tổng hợp protein gắn androgen là ABP (androgen binding protein). Protein này liên kết với testosteron rồi được tiết vào lòng ống sinh tinh nơi mà testosteron rất cần cho quá trình sinh tinh bằng cách kích thích phát triển các tế bào mầm nguyên thuỷ ở gần màng đáy của các ống sinh tinh thành tinh trùng.
Điều hoà sản xuất testosteron:
– FSH điều hoà sản xuất testosteron bằng cách điều chỉnh số lượng thụ thể trên các tế bào Leydig.
– LH điều chỉnh tổng hợp testosteron bằng cách tự giảm các thụ thể ở bề mặt tế bào Leydig.
– Ngoài ra õ-endorphin sản xuất từ tế bào Leydig có vai trò ức chế testosteron – vai trò cận tiết (paracrin).
– Testosteron tự điều chỉnh bằng cách điều chỉnh CYP 17 ở ty thể.
Điều hoà sản xuất các hormon hướng sinh dục trục dưới đồi – tuyến yên:
– Inhibin ức chế tuyến yên sản xuất FSH: dưới ảnh hưởng của FSH, các tế bào sertoli sản xuất hormon inhibin A và B. ở người chỉ có inhibin B có tác dụng ức chế FSH.
– Prolactin được sản xuất bởi các tế bào hướng sữa nằm ở phần trên thuỳ trước tuyến yên. Prolactin có khả năng ức chế cả FSH, LH và testosteron.
– Estradiol là sản phẩm chuyển hoá từ testosteron tại tế bào Leydig, Sertoli cũng như các mô đích khác như tuyến yên hay vùng dưới đồi… nhờ enzym aromatase. Các hormon GnRH, LH và FSH bị ức chế chủ yếu bởi estradiol. Khi testosteron không chuyển hoá được thành estradiol do khuyết tật enzym aromatase hoặc khi estradiol kém tác dụng do khuyết tật cụ thể thì testosteron ở nồng độ cao cũng không ức chế được LH.
– b- endorphin có vai trò điều hoà các nội tiết tố sinh dục và ngược lại các hormon sinh dục cũng có khả năng điều hoà sản xuất b- endorphin. Các nghiên cứu cho thấy khi tiêm naloxon (một chất đối kháng thuốc phiện) vào cơ thể, người ta thấy nhịp giải phóng LH tăng lên rõ rệt về tần số cũng như về biên độ.
Nồng độ LH, FSH, ACTH (adenocorticotropic hormon) đều tăng lên trong máu, trong khi prolactin do stress gây nên lại giảm xuống. Kết quả này cho thấy vai trò ức chế của endorphin đối với gonadotropin.
