فرآیند تولید اسپرم

فرآیند تولید سلول‌های جنسی یا گامتوژنز، یک فرآیند زیستی است که در آن سلول‌های دیپلوئید متحمل تقسیم سلولی و تمایز می‌شوند تا سلول‌های جنسی هاپلوئید بالغ را تولید کنند. با توجه به نوع چرخه‌ی زیستی حیات موجود زنده، گامتوژنز با تقسیم میوز گامتوسیت‌های دیپلوئید، یا با تقسیم میتوز سلول‌های گامت‌زای هاپلوئید شروع می‌شود. به سلول‌ جنسی یوکاریوت‌ها، گامتوسیت می‌گویند که طی فرآیند گامت‌زایی با تقسیم میتوز به گامتوسیت‌های دیگر یا با تقسیم میوز به گامتید تبدیل می‌شود. گامتوسیت مردان، اسپرماتوسیت و گامتوسیت زنان، اُاوسیت نام دارد. جانوران به طورمستقیم و با تقسیم میوز که در اندام‌هایی به نام غدد جنسی یا گناد (بیضه در افراد نر و تخمدان در افراد ماده) رخ می‌دهد، گامت‌هایشان را تولید می‌کنند. گونه‌های جاندارانی که به صورت جنسی تولید مثل می‌کنند، اشکال متنوع گامتوژنز را نشان می‌دهند. فرآیند اسپرم‌زایی (Spermatogenesis) در نر و تخمک‌زایی (Oogenesis) در ماده اتفاق می‌افتد.
 

مسیر مشترک تولید سلول های جنسی در مردان و زنان

طی تکوین اولیه‌ی جنین، سلول‌های زایای بدوی (Primordial Germ Cells; PGCs) از بخش پشتی اندودرم کیسه‌ی زرده و در راستای بخش پشتی لوله‌ی گوارش مهاجرت کرده تا به طناب تناسلی برسند. این سلول‌ها با تقسیم میتوز تکثیر شده و هنگامی که به طناب تناسلی می‌رسند به آن‌ها گامتوگونیوم (Gametogonium; plural gametogonia) می‌گویند. گامتوگونیوم‌ها سلول‌های زایایی هستند که گامتوسیت‌ها را طی فرآیند گامت‌زایی ایجاد می‌کنند و معمولاً در مراحل آغازین گامت‌زایی دیده می‌شوند. گامتوگونیوم در مردان ، اسپرماتوگونیوم و در زنان، اُاوگونیوم نام دارد. گامتوگونیوم‌ها از سلول‌های زایای بدوی ایجاد می‌شوند. از مرحله گامتوگونیوم به بعد تکوین سلول‌های جنسی در مرد و زن، به ترتیب طی فرآیند اسپرماتوژنز و اُاوژنز متفاوت خواهد بود.
مراحل تولید اسپرم در مردان چگونه است؟ فرآیند تولید اسپرم تحت کنترل دقیق هورمون‌های مترشحه از هیپوتالاموس و هیپوفیز قدامی می‌باشد. این هورمون¬ها با تأثیر بر دستگاه تولید مثل مردان، شرایط ساخت و انزال اسپرم را فراهم می‌کنند.
ترشح هورمونی به نام GnRH توسط هیپوتالاموس باعث می‌شود تا هیپوفیز هورمون های LH و FSH را ترشح کند. این هورمون‌های گنادوتروپیک هیپوفیز قدامی، تولید اسپرم را در تمام لوله‌های منی ساز تحریک می‌کنند. هورمون‌هایی که در فرآیند تولید اسپرم نقش اساسی دارند عبارتند از:
تستوسترون از سلول‌های لیدیگ (Leydig cells) که در نزدیکی لوله‌های اسپرم‌ساز بیضه قرار دارند، ترشح می‌شود و برای رشد و تقسیم سلول‌های زایای بیضه در مرحله‌ی اول ساخت اسپرم ضروری می‌باشد.
هورومونLH  که از غده‌ی هیپوفیز قدامی ترشح می‌شود، موجب ترشح تستوسترون از سلول‌های لیدیگ می-شود.
هورمون محرک فولیکول (FSH) که از غده‌ي هیپوفیز قدامی ترشح می‌شود و سلول‌های سرتولی را تحریک می‌کند. بدون ایجاد این تحریک، تبدیل اسپرماتیدها به اسپرم (فرآیند اسپرم‌زایی) رخ نخواهد داد.
استروژن‌ها که در اثر تحریک سلول‌های سرتولی توسط FSH، از تستوسترون ساخته می‌شوند، برای اسپرم‌زایی لازم می‌باشند.
هورمون رشد و چندین هورمون دیگر نیز برای کنترل اعمال متابولیک در بیضه‌ها لازم هستند. هورمون رشد به طور اختصاصی باعث پیشرفت تقسیم اولیه‌ی اسپرماتوگونی‌ها می‌شود، در نبود این هورمون اسپرم‌زایی به طور کامل انجام نشده و یا اصلاً وجود ندارد. اتفاقی که در نهایت منجر به ناباروری فرد می‌شود.
از این رو تعادل هورمونی موجب تولید کافی اسپرم در مردان می‌شود. سطوح هورمون‌های جنسی در مردان به دلایل مختلفی بالا و پایین می‌شود. این تغییرات در اکثر مواقع عادی است. اما گاهی پایین آمدن تستوسترون خون موجب بروز علائم یائسگی مردانه یا آندروپوز   (Andropause) از جمله کاهش میل جنسی و کم شدن قدرت استخوان‌ها در فرد می‌شود.
سلول های آغازین در مراحل تولید اسپرم، اسپرماتوگونیوم (Spermatogonium; plural spermatogonia)  نام دارند که با انجام تقسیم میتوز، اسپرماتوسیت‌های اولیه را ایجاد می‌کنند. اسپرماتوسیت‌های اولیه تقسیم میوز یک را انجام می‌دهند و دو اسپرماتوسیت ثانویه را ایجاد می‌کنند. هر اسپرماتوسیت ثانویه تقسیم میوز دو را کامل کرده و دو اسپرماتید به وجود می‌آورد. چهار اسپرماتید حاصل، به چهار اسپرماتوزآی بالغ (سلول‌های اسپرم) تکوین می‌یابند. در پستانداران تولید اسپرم در لوله‌های منی‌ساز یا اسپرم‌ساز (Seminiferous tubules) بیضه ها رخ می‌دهد. متیلاسیون DNA و تغییرات هیستونی در تنظیم این فرآیند نقش دارند. تولید اسپرم از زمان بلوغ آغاز می‌شود و معمولاً تا زمان مرگ ادامه دارد. البته در سنین بالا از کیفیت اسپرم ها کمی کاسته می‌شود.
فرآیند اسپرم‌زایی در کل به چند مرحله‌ی متمایز تقسیم می‌شود:

-    مرحله‌ی تولید اسپرماتوسیت Spermatocytogenesis)) :
اسپرماتوسیت‌زایی در طی فرآیند گامتوسیتوژنز در مردان رخ داده و منجر به تشکیل اسپرماتوسیت حاوی نیمی از ماده‌ی ژنتیک می‌شود. در این فرآیند، سلول‌های اسپرماتوگونیوم دیپلوئید که در بخش پایه‌ی (Basal) لوله‌های اسپرم‌ساز قرار دارند با انجام تقسیم میتوز سلول‌های حد واسط به نام اسپرماتوسیت‌های اولیه را ایجاد می‌کنند. سپس هر اسپرماتوسیت اولیه به نزدیکی لومن لوله‌های اسپرم‌ساز حرکت کرده و DNA خود را همانند‌سازی می‌کند و با تقسیم میوز یک، دو اسپرماتوسیت ثانویه را ایجاد می‌کند. هر اسپرماتوسیت ثانویه تقسیم میوز دو را کامل کرده و دو اسپرماتید هاپلوئید به وجود می‌آورد. تقسیم میوزی که رخ می‌دهد منشأ تنوعات ژنتیکی است که در نسل بعد ایجاد می‌شود. چهار اسپرماتید حاصل، به چهار اسپرماتوزآی بالغ (سلول‌های اسپرم) تکوین می‌یابند. هر تقسیم سلولی که از اسپرماتوگونیوم تا اسپرماتید رخ می‌دهد، کامل انجام نمی‌شود و سلول‌ها از طریق پل‌های سیتوپلاسمی، متصل به هم باقی می‌مانند تا اجازه‌ی تکوین هم‌زمان آن‌ها داده شود. ذکر این نکته هم ضروری است که تمامی اسپرماتوگونیوم‌های موجود در بدن فرد هم‌زمان تقسیم نمی‌شوند ؛ در غیر این صورت ذخیره‌ی آن‌ها تمام خواهد شد. به همین علت تعداد خاصی از اسپرماتوگونیوم‌ها وارد تقسیم میتوز می‌شوند تا سلول‌های شبیه خودشان را تولید کنند و ذخیره‌ي ثابت اسپرماتوگونیوم‌های لازم برای اسپرماتوژنز را حفظ کنند.

-    مرحله‌ی تولید اسپرماتید (Spermatidogenesis) :
تولید اسپرماتید از اسپرماتوسیت ثانویه، اسپرماتیدزایی نام دارد. اسپرماتوسیت‌هایی که در ابتدا تولید شده‌اند به سرعت وارد میوز دو می‌شوند و اسپرماتیدهای هاپلوئید تولید می‌کنند. کوتاه بودن این مرحله به این معنی است که اسپرماتوسیت‌های ثانویه به ندرت در مطالعات بافتی دیده می‌شوند.

-    مرحله‌ی تولید اسپرم (Spermiogenesis) :
سلول اسپرم از سر، قطعه‌ی میانی و دم تشکیل شده است. طی مرحله‌ی تولید اسپرم، اسپرماتیدها با گسترش میکروتوبول‌ها روی یکی از سانتریول‌ها ساختار دم‌مانند ایجاد می‌کنند که در مراحل بعدی این بخش بدنه‌ي اصلی را ایجاد می‌کند. دم اسپرم موسوم به تاژک (فلاژل) دارای سه جزء اصلی است:
اسکلت مرکزی متشکل از 11 میکروتوبول که به مجموعه‌ی آن‌ها آکسونم (Axoneme) می‌گویند (ساختمان آن مشابه ساختمان مژک‌های سطح سایر سلول‌هاست) ؛
یک غشای سلولی نازک که آکسونم را می‌پوشاند؛
مجموعه‌ای از میتوکندری‌های پیرامون آکسونم در بخش پروگزیمال دم (موسوم به تنه‌ی دم).
بخش جلویی دم به علت تجمع میتوکندری‌ها در اطراف آکسونم ضخیم می‌شود. این میتوکندری‌ها انرژی لازم برای حرکت اسپرم را تأمین می‌کنند. DNA اسپرماتید نیز در ابتدا با پروتئین‌های بازی ویژه‌ای که در هسته قرار دارد بسته‌بندی و به شدت متراکم می‌شود. این پروتئین‌ها در مراحل بعدی طویل شدن اسپرماتیدها با پروتامین جایگزین می‌شوند. کروماتین متراکم حاصل، از نظر رونویسی غیرفعال است. یک کلاهک ضخیم موسوم به آکروزوم (Acrosome) بر روی سطح خارجی جلوی سر قرار دارد که عمدتاً از دستگاه گلژی به وجود آمده است. این کلاهک محتوی تعدادی آنزیم مشابه آنزیم‌های لیزوزومی سلول است. این آنزیم‌ها نقش مهمی در توان اسپرم برای ورود به تخمک و لقاح با آن دارند. مرحله‌ی بالغ شدن تحت تأثیر هورمون تستوسترون رخ می‌دهد و باقی‌مانده‌ی سیتوپلاسم و اندامک‌های غیرضروری در این مرحله حذف می‌شوند. سلول‌های سرتولی محیطی در بیضه، سیتوپلاسم اضافی را که اجسام باقی‌مانده (Residual bodies) نامیده می‌شوند، حذف می‌کنند. در تمامی مراحل تمایز، سلول‌های اسپرم‌زا در تماس نزدیک با سلول‌های سرتولی که درون غلاف بیضه واقع شده‌اند، هستند. به نظر می‌رسد که این سلول‌ها پشتیبانی ساختاری و متابولیک برای سلول‌های اسپرم در حال تکوین فراهم می‌کنند؛ به طور خلاصه وظایف سلول‌های سرتولی عبارتند از:
-    تغذیه و محافظت از اسپرم تولید‌شده؛
-    پایداری محیط لازم برای بلوغ اسپرم از طریق مایع خونی؛
-    تولید ترکیبات لازم برای شروع مرحله‌ی میوز؛
-    کمک به تولید ترشحات در بیضه؛
-    کمک به تولید ترشحات هورمون‌های آندروژن؛
-    ترشح هورمون‌های کنترل‌کننده‌ی غده‌ی هیپوفیز؛
-    ترشح هورمون‌های آنتی‌مولرین؛
-    محافظت از اسپرماتید در برابر دستگاه ایمنی.
اسپرماتوزون‌های حاصل در این مرحله بالغ هستند ولی هنوز توانایی حرکت ندارند ؛ در نتیجه عقیم هستند. اسپرماتوزون‌های بالغ از سلول‌های سرتولی محافظ، آزاد شده و به لومن لوله‌های اسپرم‌ساز وارد می‌شوند. با کمک نوعی انقباض دودی اسپرماتوزون‌های غیرمتحرک به همراه مایع ترشح‌شده از سلول‌های سرتولی به اپیدیدیم منتقل می‌شوند. اسپرماتوزون‌ها در اپیدیدیم تحرک و توانایی بارور کردن تخمک را پیدا می‌کنند. انتقال اسپرم‌ها از باقی مسیر دستگاه تناسلی مرد به خارج از بدن با کمک انقباضات ماهیچه‌ای میسر می‌شود. 
 از زمان ساخته شدن اسپرم در بدن مرد، 1.5 تا 2.5 روز زمان لازم است تا اسپرم قدرت باروری خود را به دست آورد. غلظت طبیعی اسپرم در هر میلی‌لیتر مایع منی در محدوده‌ي 15 میلیون تا بیش از 200 میلیون اسپرم قرار دارد. یک مرد سالم، در هر نوبت انزال، 200 میلیون تا 500 میلیون اسپرم از بدن خود خارج می‌کند و در طول زندگی خویش حدود ۴۰۰ میلیارد اسپرم تولید می‌کند. مدت زمان ساخته شدن اسپرم‌های بالغ در بدن مرد 72 تا 74 روز است.
مقدار کمی از اسپرم‌ها در اپیدیدیم و بیشتر آن‌ها در مجرای اسپرم‌بر ذخیره می‌شوند. سلول‌های سرتولی و اپی‌تلیوم اپیدیدیم مایع مغذی خاصی ترشح می‌کنند که همراه اسپرم خارج می‌شود. این مایع حاوی هورمون‌ها (از جمله استروژن‌ها و تستوسترون)، آنزیم‌ها و عناصر غذایی خاص می‌باشد که برای بلوغ اسپرم لازم هستند.  افزایش دما فعالیت اسپرم و میزان متابولیسم آن را به شدت افزایش داده و طول عمر اسپرم را تا حد قابل توجهی کوتاه می‌کند.
 

جالب است بدانیم:

-    اسپرم می‌تواند چندین هفته در مجاری تناسلی بیضه‌ها به حالت سرکوب‌شده زنده بماند اما زمانی که قدرت باروری پیدا می‌کند و تقویت اسپرم اتفاق می افتد، یعنی مدت زمان ذخیره‌سازی آن در بدن مرد با حفظ قابلیت باروری، پنج الی هفت روز می‌باشد؛
-    مدت زمان زنده ماندن اسپرم در بیرون از بدن بسته به شرایط، یک الی دوازده ساعت می‌باشد؛
-    عمر اسپرم انزالی در دستگاه تناسلی زن حدوداً پنج روز است؛
-    هر روز اجتناب از نزدیكی، 4/0 سی‌سی به حجم مایع منی و 10 تا 15 میلیون به تعداد اسپرم ها اضافه می شود؛
-    اسپرم طبیعی متحرک و دارای قدرت باروری، با حرکت فلاژلی خود با سرعت یک تا چهار میلی‌متر در دقیقه در محیط مایع حرکت می‌کند. فعالیت اسپرم در محیط خنثی و قلیایی (مانند محیط مایع منی حین انزال) تا حدودی تقویت می‌شود و در محیط کمی اسیدی تا حدود زیادی تضعیف می‌گردد. محیط‌های به شدت اسیدی منجر به مرگ اسپرم می‌شوند؛
-    سوالاتی مانند این که آب کمر چند روزه پر می شود و آیا محل ذخیره اسپرم در کمر است یا نه جز باورهای غلط مردم بوده و از نظر علمی اشتباه هستند.