Cấu tạo và các giai đoạn biệt hóa Tinh trùng

ĐẠI CƯƠNG

1. Tinh hoàn là tuyến sinh dục nam ở phía ngoài phúc mạc, nằm ở trong bìu. Ở cơ thể nam giới bình thường có hai tinh hoàn. Mỗi tinh hoàn, hình quả trứng, chiều dài từ 3,5-5,5cm, chiều rộng từ 2,0-3,0cm tương ứng với thể tích là 12-25mm³ và trọng lượng trung bình là 20g.

Tinh hoàn là một tuyến pha: vừa có chức năng ngoại tiết sản xuất ra tinh trùng, vừa có chức năng nội tiết sản xuất ra các hormon steroid chủ yếu là testosteron có liên quan đến chức năng sinh dục của nam giới đồng thời cũng có tác dụng hỗ trợ cho việc sản xuất tinh trùng.

2. Về phôi thai học. Vào tuần lễ thứ 4 của bào thai, xuất hiện các ụ sinh dục. Sự biệt hoá của các ụ sinh dục để hình thành tinh hoàn độc lập với sự hình thành tề bào mầm. Nhưng nó bị ảnh hưởng của yếu tố nhiễm sắc thể Y – yếu tố xác định tinh hoàn – mà theo kooμman và cộng sự năm 1990 gọi là gen SRY (Sex- determing Region of the chromosome) (27).

Các tế bào mầm nguyên thuỷ di cư tới ụ sinh dục. Sự kết hợp giữa các thành phần khởi thuỷ này với tế bào Sertoli để hình thành dây trục tinh hoàn nguyên thuỷ. Qua quá trình gián phân và hoạt hoá phức tạp cho kết quả cuối cùng là làm tăng số lượng tế bào mầm trong tinh hoàn thai nhi. Các tế bào mầm nguyên thuỷ sinh dục chưa biệt hoá được xem như là tế bào sinh dục nguyên thuỷ. Các tế bào này sau đó biệt hoá vào trong tinh hoàn để hình thành dây sinh tinh ở vị trí trung tâm rồi được phân loại là tinh nguyên bào. tiếp theo các tế bào nguyên tuỷ di cư đến quanh ống Wolf và xoang niệu xuất hiện vào tuần thứ 6, ống Muller xuất hiện vào tuần thứ 5 đến 9. Cuối 3 tháng đầu của thai nhi, các thành phần này biệt hoá, tinh hoàn cũng biệt hoá và bắt đầu xuất hiện chức nãng. Tuần thứ 12 hoàn chỉnh sự biệt hoá các thành phần bên trong. Tế bào Leydig sản xuất ra testosteron từ trong bào thai kích thích và biệt hoá xoang niệu sinh dục, phát triển thành vùng ngoại vi của tuyến tiền liệt, ống Wolf biệt hoá thành vùng trung tâm mào tinh, ống dãn tinh, túi tinh, ống phóng tinh.

Suốt trong thời kỳ bào thai này, hai tinh hoàn phát triển trong ổ bụng. Từ tuần lễ 24 đến tuần lễ 35, hai tinh hoàn di chuyển xuống phía dưới.

Và khi trẻ lọt lòng thì tinh hoàn đã nằm gọn trong bìu. Từ khi mới sinh đến 7 tuổi, trong tinh hoàn rất ít thay đổi. Từ 7 tuổi đến 9 tuổi hoạt hoá giảm nhiễm các tế bào sinh dục nguyên thuỷ để hình thành tinh nguyên bào cơ bản của ống sinh tinh – tương đương các tế bào Sertoli. Sự xuất hiện này cũng ít làm thay đổi trong tinh nguyên bào cho đến khi tới tuổi trưởng thành.

3. Các nội tiết tố ảnh hưởng đến việc sản xuất tinh trùng Vùng dưới đồi là nơi sản xuất ra các hormon Peptids: GnRH (Gonadotropin – Releasing – Hormone) được vận chuyển tới tuyến yên bởi xoang tĩnh mạch ngắn nối liền hai vùng. GnRH kích thích tuyến yên bài tiết ra:

– LH (Luteinizing Hormone) kích thích tế bào Leydig ở khoảng kẽ của tinh hoàn bài tiết ra testosteron tác dụng chủ yếu đến các hoạt động tình dục nhưng cũng có tác dụng hỗ trợ cho việc sản xuất tinh trùng.

– FSH (Follicle stimulating Hormone). Nội tiết tố này có 3 tác dụng trong việc sản xuất tinh trùng (21).

• Kích thích phát triển ống sinh tinh
• Kích thích tế bào Sertoli bài tiết dịch có chứa nhiều chất dinh dưỡng giúp cho tinh trùng phát triển.
• Kích thích tế bào Sertoli bài tiết một protein gắn với androgen (ABP). Loại protein này gắn với testosteron và cả estrogen được tạo thành từ testosteron tại tế bào Sertoli dưới tác dụng của FSH rồi vận chuyển hai nội tiết tố này vào dịch lòng ống sinh tinh để giúp cho sự trưởng thành của tinh trùng.
  • Ngoài ra tinh hoàn còn bài tiết ra các nội tiết tố không steroid như: Inhibin, activin, íollistatin. Những nội tiết tố này tham gia điều tiết việc tinh hoàn sản xuất ra những protein vầ các yếu tố phát triển để giữ điều hoà cho các hoạt động sinh sản.

• Nội tiết tố tăng trưởng GH (Growth Hormon) có chức năng kiểm soát các chuyển hoá của tinh hoàn và thúc đẩy sự phân chia các tinh nguyên bào (83)

4. Cơ thể con người được tại nên do sự thụ tinh của hai tế bào tinh trùng và trứng (noãn bào). Do vậy cấu trúc, chức năng của tinh trùng và trứng có giá trị quyết định sự hình thành và phát triển của phôi thai mặc dầu cũng còn nhiều yếu tố khác ảnh hưởng tới kết quả này. Do đó việc nghiên cứu quá trình biệt hoá để tạo ra tinh trùng, cấu trúc và siêu cấu trúc có một giá trị hết sức quan trọng làm nền tảng cho việc tìm kiếm những biện pháp kỹ thuật hữu hiệu để tránh được những sai lầm nhỏ nhất dãn tới nhũng việc làm chưa chuẩn mực để tạo ra những phôi thai không bình thường ngoài mong muốn (33).

CÁC GIAI ĐOẠN BIỆT HOÁ TRONG QUÁ TRÌNH SẢN SINH TINH TRÙNG

Tinh trùng được tạo thành phải trải qua các giai đoạn biệt hoá như sau:

1. Tinh nguyên bào (Spermatogonia)

Tinh nguyên bào A: Là tế bào đầu dòng còn được gọi là những tế bào biểu mô mầm. ở người trưởng thành, những tế bào này có đường kính từ 9-15μm(micromet) trung bình là 12μm. Từ thành ống sinh tinh, những tế bào này nằm thành 2-3 lớp ở ngoạivi biểu mô và nằm sát màng đáy. Trong tế bào có nhân hình trứng và nhiều hạt nhiễm sắc, tương bào có bộ máy Golgi nhỏ, các ty lạp thể hình cầu và rất nhiều thể Ribosom tự do. Những tinh nguyên bào đầu tiên này được gọi là tinh nguyên bào nhóm A.

Ở thời kỳ trưởng thành tinh nguyên bào A trải qua một loạt quá trình phân bào gián phân để tạo ra các tế bào mới theo hai hướng:

• Tiếp tục quá trình gián phân để tạo ra các tế bào giống nhưban đầu- tinh nguyên bào A. Đây là nguồn duy trì vô tận của loại tinh nguyên bào này.

• Hoặc qua 4 lần phân chia và phát triển (A1,A2,A3, A4) thành những tế bào lớn hơn lúc ban đầu để trở thành tinh nguyên bào B.

Tinh nguyên bào B:

Tinh nguyên bào B hình cầu, có những đám nhiễm sắc lớn nằm ở phía ngoại vi và chỉ có một hạt nhân duy nhất.

Tinh nguyên bào B được phân biệt thành 3 loại:

• Tinh nguyên bào chủng:

Nhân tế bào hình cầu hoặc hình trứng thẫm mầu vì các hạt nhiễm sắc phân bố đều. Theo Clermont (1963) gọi là tinh nguyên bào A xẫm mầu ký hiệu là Ad ( dark type). Tinh nguyên bào chủng này có khả năng phân chia nguyên nhiễm để sản sinh ra hai dòng tế bào con.

Một dòng tế bào vẫn giữ nguyên đặc điểm cấu tạo của tinh nguyên bào chủng và có khả năng phân chia để làm nguồn dự trữ sinh sản các tế bào này suốt đời do đó khả năng sinh sản của nam giới là vc tận.

Một dòng tế bào con khác mới sinh sẽ biệt hoá thành tinh nguyên bào bụi

• Tinh nguyên bào bụi

Nhân tế bào hình trứng mầu sáng hơn vì các hạt nhiễm sắc nhỏ mịn như hạt bụi và phân bố đều. Có từ một đến hai hạt nhân. Clermont gọi tinh nguyên bào bụi là tinh nguyên bào A sáng mầu, ký hiệu Ap (pale type A) ở người, tinh nguyên bào bụi không sinh sản. Nó biệt hoá thành tinh nguyên bào vảy.

• Tinh nguyên bào vảy

Nhân tế bào hình cầu. Các hạt nhiễm sắc xếp thành từng đám như những vảy xếp quanh hạt nhân và sát với màng nhân. Clermont gọi tinh nguyên bào vảy chỉnh là tinh nguyên bào loại B.Tinh nguyên bào vảy không có khả năng phân chia để sinh sản mà biệt hoá thành tinh bào I (33)

Trong giai đoạn này, các tinh nguyên bào B tập trung ở giữa tế bào sinh tinh ( tế bào Sertoli). Chính những tế bào Sertoli này đã thành một hàng rào đáy – bên để ngăn chặn sự xâm nhập của các phân tử protein lớn như là các globulin miễn dịch từ máu và dịch quanh ống vào lòng ống sinh tinh. Những phân tử protein này có thể làm ảnh hưởng đến quá trình biệt hoá từ tinh nguyên bào thành tinh trùng. Mối quan hệ chặt chẽ giữa tế bào Sertoli vàtinh nguyên bào sẽ tiếp tục kéo dài cho đến khi các tinh nguyên bào được biệt hoá thành tinh trùng.

Như vậy trong quá trình sản sinh tinh trùng, các tế bào Sertoli đã tạo ra một hàng rào chống đỡ cho quá trình phân chia và biệt hoá tế bào dòng tinh. Hơn nữa, hàng rào chống đỡ này còn ngăn cản sự xâm nhập của các yếu tố gây hại cho quá trình sản sinh tinh trùng (21)

2. Tinh bào 1 (Spermatocyte 1)

Tinh bào 1 được sinh ra và lớn dần do tích luỹ được nhiều dinh dưỡng. Tế bào lớn đường kính 25ịi, nhân hình cầu, hạt nhiễm

sắc họp thành đám và phân bố đều. Bào tương chứa nhiều bàng quan, bộ máy Golgi tiếp xúc với trung thể. Mitochondri nhiều và hợp thành đám. Đặc biệt mào mitochondri phân bố khôpg đều. Tinh bào 1 ở giai đoạn cuối các motochondri tách xa nhau và mào mitochondri không thẳng góc với màng kép (có thể liên quan đến sự cung cấp các enzym cần thiết cho sự biệt hoá tế bào).

Giai đoạn tinh bào 1 kéo dài từ 22-24 ngày. Đây là thời kỳ phân chia lần thứ nhất của quá trình giảm nhiễm. Thời kỳ này, tinh bào 1 có 46 nhiễm sắc thể (44+XY). Tế bào thời kỳ đầu trải qua 4 giai đoạn: Giai đoạn sợi mảnh, giai đoạn tiếp hợp, giai đoạn sợi dày, giai đoạn tách đôi và cuối cùng tới giai đoạn Diakinez. Kết quả là bộ nhiễm sắc thể được tách đôi. Trong các giai đoạn phân chia giảm nhiễm có thể xẩy ra quá trình trao đổi gen. Thời kỳ đầu này chiếm phần lớn thời gian nên các thành phần của tế bào được quan sát rõ ở thời điểm này. Sang thời kỳ giữa và thời kỳ cuối các nhiễm sắc thể di chuyển về 2 cực của tế bào.

Sự phân chia giảm nhiễm lần thứ nhất, tinh bào 1 chia thành các tế bào nhỏ có số lượng nhiễm sắc thể bằng 1/2 số lượng của tinh bào 1-23 nhiễm sắc thể (22 + X hoặc 22 + Y). Đó là tinh bào 2.

3. Tinh bào 2 (spermatocyte 2)

Có hai loại tế bào mang nhiễm sắc thể giới tính khác nhau một loại mang nhiễm sắc thể X (nhiễm sắc thể cái) một loại mang nhiễm sắc thể Y (nhiễm sắc thể đực). Những tế bào này rất nhỏ và chỉ tồn tại trong một thời gian rất ngắn nên rất khó nhìn thấy trong tiêu bản tinh hoàn. Tinh bào 2 nhanh chóng tiếp tục quá trình phân chia giảm nhiễm lần thứ hai thành 2 tiền tinh trùng.

Trong lần phân chia giảm nhiễm lần thứ hai này, số lượng DNA giảm xuống một nửa tạo nên các tế bào đơn bội (IN), có một nửa bộ nhiễm sắc thể. Khi được thụ tinh thì những tế bào này trở về dạng lưỡng bội ban đầu (14).

Tầm quan trọng của hai lần phân chia giảm nhiễm là làm cho mỗi tinh trùng chỉ chứa 23 nhiễm sắc thể nghĩa là chỉ chứa một nửa bộ gen của tinh bào nguyên thủy. Bởi vậy, khi thụ tinh, tinh trùng chỉ cung cấp một nửa yếu tố di truyền; một nửa còn lại do trứng (noãn bào) cung cấp.

4. Tiền tinh trùng (spermatid)

Sau khi phân chia, trong vài tuần lễ nằm gần lòng ống sinh tinh, tiền tinh trùng được nuôi dưỡng và thay đổi về thể chất dưới sự bao bọc của tế bào Sertoli để dần dần biệt hoá thành một tinh trùng trưởng thành.

Tiền tinh trùng có hình hơi dài, nhân sáng, có một hạt nhân lớn, bào tương chứa những bào quan giống như tinh bào 1. Tiền tinh trùng không có khả năng sinh sản mà chỉ biệt hoá thành tinh trùng. Quá trình biệt hoá rất phức tạp này gồm những hiện tượng chính như sau:

• Những biến đổi của bộ máy Golgi đê tạo ra túi cực đầu.

Xuất hiện các hạt trong nhũng túi của bộ máy

Các túi chứa hạt của bộ máy Golgi họp với nhau thành một túi duy nhất lớn gọi là không bào cực đầu và nằm giáp cực trên của nhân.

Không bào cực đầu trải rộng ra ở cực trên của nhân như một cái túi có hình mũ chụp lên 1/3 mặt ngoài của nhân. Túi này gọi là “cực đầu hay mũ cực đầu” (hình.2.2).

• Những biến đổi của tiểu thể trung tâm và sự tạo ra cổ tinh trùng và dây trục.

Hai tiểu thể trung tâm di chuyển về phía cực của nhân đối lập với cực có túi cực đầu.

Một tiểu thể trung tâm gần nằm giáp cực đó.

Một tiểu thể trung tâm xa nằm xa nhân hơn và có nhiều biến đổi về cấu tạo.

Khoảng cách giữa tiểu thể trung tâm gần và tiểu thể trung tâm xa là nguồn gốc đoạn cổ của tinh trùng.

Từ đoạn này phát sinh nhiều sợi tơ tạo thành dây trục nàm trong phần đuôi của tinh trùng (hình 2.3).

• Sự phân bô lại mitochondri và việc tạo ra bao mitochondri.

Ở đoạn bào tương gần nhân, sau này sẽ thành đoạn cổ của tinh trùng, mitochondri thưa thớt, những mitochondri dài xếp song song với dây trục và nằm ngoài các sợi tơ tạo thành dây đó, có chừng 9 mitochondri vây quanh dây trục.

Ớ đoạn bào tương xa nhân, những mitochondri xếp nối với nhau thành những vòng xoắn cuốn quanh dây trục tạo thành một bao xoắn như lò so gọi là bao mitochondri.

Ở phía sau này sẽ phát triển thành đuôi tinh trùng, bao mitochondri được định giới hạn bởi một vòng đặc gọi là Zensen được tạo ra do màng bào tương dầy hơn.

• Những biến đổi cấu tạo của bào tương.

Bào tương lan dần về phía sau này sẽ là đuôi của tinh trùng.

Bào tương chỉ để lại một lớp mỏng ở xung quanh túi cực đầu, nhân và đoạn cổ tinh trùng.

Trong một thời gian, phần đầu của đuôi tinh trùng, bào tương tạo thành một khối nhỏ hơn phình lên gọi là giọt bào tương vùi bao mitochondri, một phần di tích của bộ máy Golgi, lưới nội bào, ống siêu vi, nhưng không chứa các hạt glycogen, chất mỡ, ribosom (33), (41), (71).

Sau quá trình biệt hoá phức tạp này, kết quả cuối cùng là tạo ra được một tinh trùng trưởng thành và tinh trùng này được giải phóng vào trong lòng ống sinh tinh.

 

5. Tinh trùng (spermatozoa)

Tinh trùng bình thường dài khoảng 60|i, 1 có bào tương kéo dài gọi là đuôi. Tinh trùng gồm 3 phần : đầu, cổ, đuôi.

• Đầu

Chứa nhân ở phần phình. Đoạn 2/3 trước nhân được phủ lên bởi túi cực đầu hình mũ; thành túi cấu tạo bởi hai màng kép gồm hai lá ngoài và trong; lòng túi chứa nhiều enzym có tác dụng tiêu huỷ các chướng ngại vật bao quanh trứng đã chín rụng xuống để mở đường cho tinh trùng tiến vào bào tương của trứng để thụ tinh; những enzym này là hyaluronidase, neuramidase và các protease khác. Ở lá ngoài màng kép định danh giới túi cực đầu và ở lớp bào tương mỏng chen vào giữa lá ấy với màng tế bào có một loại protein đặc hiệu có tác dụng dính kết đầu tinh trùng vào màng trong suốt của trứng nguyên phát.

Ớ lá trong màng kép tạo nên túi cực đầu có một loại protein khác gọi là protein gắn vào trứng thứ phát có tác dụng gắn lá trong màng kép này với màng trong suốt bọc quanh trứng tạo ra sự thụ tinh có tính đặc hiệu cho riêng từng loài động vật. Nghĩa là trúng chín được thụ tinh bới tinh trùng chỉ được thực hiện ở những động vật cùng loài.

• Cổ

Theo hướng từ phía đầu xuống đuôi có cấu trúc như sau :

Hố lõm gọi là hố cắm (implantation fossa), đáy hố hướng về phía tinh trùng, thành hố do màng nhân gấp lại.

Một tấm đáy nằm ở đáy hố, cấu tạo bởi một lớp mỏng chất không hình đậm đặc với dòng điện tử.

Tiểu thể trung tâm gần nằm phía dưới tấm đáy.

9 cột chia đoạn xếp thành hình ống.

9 sợi đặc nối tiếp với 9 cột chia đoạn và đi về phía đuôi tinh trùng.

 

Những mitochondri (như đã mô tả phần biệt hoá tiền tinh trùng thành tinh trùng trưởng thành).

Dây trục nằm ở trục dọc và chảy suốt từ cổ đến chỗ tận cùng của đuôi tinh trùng.

Đuôi

Đoạn trung gian có dây trục nằm giữa, 9 sợi đặc bao mitochondri được tạo nên bởi các mitochondri xếp nối tiếp nhau thành những vòng xoắn theo kiểu chôn ốc, cuốn xung quanh dây trục và một lớp bào tươm:- mỏng bọc ngoài, ngoài là màng tế bào.

Đoạn chính từ trung tâm ra ngoại vi có dây trục, 9 sợi đặc, bao xơ cấu tạo bởi những tổ chức xơ soắn lại với nhau. Bao xơ có hai chỗ dày lên đối xứng với nhau qua trục dọc tạo thành hai cột dọc. Càng về phía dưới đuôi tinh trùng hình ảnh cấu tạo của cột dọc càng mờ và bao xơ càng mỏng.

Đoạn cuối, trục dọc và bao ngoài là màng tế bào.

Toàn bộ quá trình sản sinh tinh trùng từ tế bào mầm (tinh nguyên bào nguyên thuỷ) thành tinh trùng mất 64 ngày.

 

Tên	Chủng loai	tuổi	di truyền
	Tế bào mần nguyên	Chưa sinh	Phân chia tế bào
Tinh	thuỷ	<6 năm	Tế bào đôi
nguyên	tế bào phôi	<6 năm
bào	Chuyển tiếp	sinh – trưởng
(Spermat	A, (Áp)	thành
ogonia)	A2 (Ad)	sinh – trưởng
	A3 (AI) A4 (Ac) Tinh nguyên bào B	thành
		>4 năm
			DNA
	Tinh bào 1		Nhân đôi các giai đoạn phân
	Tinh bào 1		chia giảm nhiễm.
Tinh bào (Spermat ocyte)	Tinh bào 1 Tinh bào 1 Tinh bào 1		preleptotene leptotene zygotene pachytene
	Tinh bào 2		phân chia giảm nhiễm lần 1 Nhân đôi Gián phân giảm nhiễm
	Pha Golgi (Sa1) Pha Golgi (Sa2)		Haploid
Tiền tinh trùng (Sper matid)	Pha có mũ (Sb1) Pha có mũ (Sb2) Pha acromosome (Sc1)		Haploid
	Pha acromosome (Sc2) Pha trưởng thành (Sd1) Pha trưởng thành (Sd2)		Haploid
Tinh trùng (Spermato zoon)			Haploid

1. Thiết đổ đứng dọc toàn bộ tinh trùng
2. Phóng to một phần đoạn đầu, cổ, và một phần đoạn trùng gian của tinh trùng ở I
3. Thiết đồ cắt ngang đoạn cổ tinh trùng theo đường A ở II.
4. Thiết đồ cắt ngang đoạn trung gian tinh trùng theo đường B ở II.
5. Thiết đồ cắt ngang đoạn chính ở I.
6. Thiết đồ cắt ngang đoạn cuối theo đường D ở I.

1. Đầu; 2. Cổ; 3. Đoạn trung gian. 4. Đoạn chính. 5. Đoạn cuối. 6. Túi cực đầu. 7.Khoang dưới túi cực đấu; 8. Màng nhân; 9. nếp gấp màng nhân; 10. Tấm đáy (capitellum). 11. Cột chia đoạn ; 12. Tiểu thể trung tâm gấn; 13.Ty thể dài; 14.Ty thể tạo thành bao ty thể hình lò so; 15. lưới nội bào; 16.Giọt bào tương;17.sợi đặc; 18. Dây trục (axonema); 19. Vòng zensen; 20. Bao xơ; 21. Cột dọc