Sau khi được tạo ra từ quá trình sinh tinh và sinh noãn, các giao tử (tinh trùng và noãn) sẽ di chuyển trong đường sinh dục để đến được vị trí thụ tinh.
Để đến được vị trí thụ tinh, tinh trùng và noãn phải di chuyển trong đường sinh dục dưới sự hỗ trợ của nhiều yếu tố khác nhau. Đoạn đường này dài ngắn khác nhau đối với tinh trùng và noãn, tuy nhiên cả tinh trùng và noãn đều phải trải qua những thay đổi nhất định để hoàn tất quá trình trưởng thành và đạt được một số khả năng nhất định để chuẩn bị cho sự thụ tinh.
Thụ tinh là hiện tượng kết hợp giữa tinh trùng và noãn để tạo thành một hợp tử có bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội. Đây là một quá trình phức tạp được bắt đầu từ khi tinh trùng tiếp xúc với màng trong suốt của noãn và kết thúc khi có hiện tượng hòa nhập của hai tiền nhân. Ở người và một số động vật có vú khác, quá trình này có thể chia làm 6 giai đoạn diễn ra tuần tự: (1) tiếp xúc giữa tinh trùng và màng trong suốt, (2) phản ứng cực đầu,(1) tiếp xúc giữa tinh trùng và màng trong suốt, (2) phản ứng cực đầu, (3) xâm nhập qua màng trong suốt, (4) hòa màng bào tương của noãn và tinh trùng, (5) hoạt hóa noãn và (6) sự hình thành và hòa nhập của 2 tiền nhân(5,6,7,8).
Quá trình Thụ tinh:
Trong vòng 20-30 phút đầu sau khi xuất tinh thì tinh dịch đặc và đọng lại ở cùng đồ sau, sau đó nó trở nên loãng hơn do tác động của các men ly giải có sẵn trong tinh dịch. Tinh trùng bắt đầu di chuyển về hướng cổ tử cung. Sau đó, tinh trùng phải di chuyển từ chất nhầy cổ tử cung vào buồng tử cung, và đến vòi trứng, nơi chúng có thể gặp trứng. Sự di chuyển của tinh trùng trong buồng tử cung được sự hỗ trợ của nhiều yếu tố: sự co thắt của cơ trơn tử cung, dịch trong lòng tử cung và các nếp gấp nội mạc tử cung. Trong sinh lý tự nhiên, có rất nhiều tinh trùng đến được vòi trứng và gặp trứng. Các tinh trùng cố gắng xuyên qua màng trong suốt để thụ tinh với trứng, nhưng thường chỉ có một tinh trùng thành công.
Hình 1: Các tinh trùng cố gắng xuyên qua màng trong suốt để thụ tinh với trứng Chất liệu di truyền của tinh trùng là từ bố (chứa 23 NST) và noãn là từ mẹ (chứa 23 NST) sẽ hợp nhất với nhau thành nhân của hợp tử. Quá trình phân chia của hợp tử bắt đầu để hình thành nên phôi.
Trứng khi vào vòi trứng thường chỉ có khả năng thụ tinh trong vòng 24 giờ. Tinh trùng có khả năng sống và duy trì chức năng thụ tinh trong khoảng 48 – 72 giờ nếu không gặp được trứng tinh trùng sẽ tự thoái hóa
Hình 2: Sự thụ tinh và quá trình di chuyển của trứng thụ tinh vào buồng tử cung
- Tiếp xúc màng trong suốt:
Khi trứng rụng khỏi buồng trứng, các tua vòi của ống dẫn thường phủ quanh buồng trứng, các tiêm mao ở mặt trong tua vòi thường xuyên quét về phía miệng của ống dẫn trứng tạo một dòng chất dịch đi vào đây. Nhờ vậy có 98% trường hợp trứng được đưa vào ống dẫn trứng.
Ở người, hiện tượng thụ tinh thường xảy ra tại 1/3 ngoài của vòi trứng. Khi giao hợp có hang triệu tinh trùng tích tụ ở âm đạo. Có một bằng chứng cho thấy trứng người tiết một yếu tố hấp dẫn tinh trùng. Cuối cùng chỉ có 50 – 100 tinh trùng đến được trứng. Một số tinh trùng chạm vào màng trong suốt của trứng.
Màng trong suốt cấu tạo chủ yếu bởi các glycoprotein, trong đó bao gồm 3 lớp là ZP1, ZP2, ZP3. ZP3 chính là nơi tinh trùng gắn kết và có nhiệm vụ khởi phát phản ứng cực đầu. Nhiều nghiên cứu cho thấy việc tiếp xúc và gắn kết với ZP3 của tinh trùng có tính đặc hiệu loài, nghĩa là chỉ có tinh trùng và màng trong suốt của noãn cùng loài mới gắn kết được với nhau(30).
- Phản ứng cực đầu:
Khi tinh trùng vừa gắn với ZP3, phản ứng cực đầu (acrosomal reaction)sẽ xảy ra tức là vỡ thể cực đầu, các men bên trong cực đầu của tinh trùng được phóng thích. Trong số nhiều men được phóng thích, hai men được cho là có vai trò quan trọng nhất là hyaluronidase và acrosin. Chúng có vai trò trong sự xâm nhập của tinh trùng vào lớp áo ngoài bao quanh noãn.
Đây là phản ứng quan trọng cần thiết cho sự thụ tinh của tinh trùng vì chỉ những tinh trùng nào đã xảy ra phản ứng cực đầu mới có thể xâm nhập qua màng trong suốt và hòa nhập với màng bào tương noãn.
- Xuyên màng trong suốt:
Sau khi phản ứng cực đầu xảy ra, các men bên trong cực đầu được phóng thích. Các men này cùng với hoạt động xuyên phá của tinh trùng giúp tinh trùng xuyên thủng được màng trong suốt, đi vào khoang quanh noãn và tiếp xúc với màng bào tương noãn.
Đuôi tinh trùng chính là nơi tạo ra lực đẩy tới giúp tinh trùng xuyên màng, đồng thời độ lắc của đầu cũng lớn hơn giúp tăng khả năng xuyên phá của tinh trùng.
- Sự hòa nhập tinh trùng – noãn
Khi tinh trùng chạm vào trứng, màng tinh trùng hòa vào màng trứng. Quá trình hòa màng được sự trợ giúp của Ferlitin, một protein trên bề mặt tinh trùng. Chất này giống như protein hòa màng của virus giúp virus tấn công tế bào. Sự hòa màng tạo ra một tín hiệu bắt đầu quá trình phát triển. Ngoài ra sự hòa màng còn tạo ra sự biến đổi điện thế màng làm tinh trùng khác không chui thêm vào trứng nữa. Sự biến đổi điện thế màng còn dẫn theo sự thay đổi cấu trúc màng trong suốt, giúp ngăn chận tinh trùng một cách vững chắc.
- Hoạt hóa noãn
Sự xâm nhập của một tinh trùng đầu tiên vào trứng kích thích hang loạt phản ứng sinh học từ trứng. Trứng sẽ tiết vào khoang quanh noãn một chất làm thay đổi cấu trúc mặt bên trong của màng trong suốt ngăn cản sự xâm nhập của các tinh trùng khác. Hiện tượng này gọi là phản ứng vỏ của tế bào trứng.
Trứng tiếp tục hoàn tất quá trình giảm phân II, hình thành thể cực thứ 2. Đến thời điểm này bộ nhiễm sắc thể của trứng mới là n nhiễm sắc thể.
- Sự hình thành và hòa nhập của 2 tiền nhân
Sau khi noãn bào được hoạt hóa, quá trình giảm phân của noãn sẽ được tiếp tục đến kỳ sau, dẫn đến sự tống xuất thể cực thứ hai và sự thành lập tiền nhân cái. Sự thành lập tiền nhân đực thường xảy ra chậm hơn do tinh trùng phải trải qua một số thay đổi trong cấu trúc ở phần đầu, dưới tác động của một số chất có trong bào tương noãn.
Hai tiền nhân hình thành từ bộ nhiễm sắc thể của noãn và tinh trùng. Hai tiền nhân từ từ tiến lại nhau ở giữa hợp tử và hợp nhất thành nhân của hợp tử.
Sự tiếp xúc của cả hai tiền nhân được thực hiện qua trung gian các ống vi thể được thành lập từ các trung thể của tinh trùng. Khi sự biệt hóa tiền nhân hoàn tất, màng nhân rã ra và cả chất liệu di truyền của hai tiền nhân hợp lại với nhau. Quá trình này gọi là sự hòa nhập nhân. Sau đó quá trình phân chia của hợp tử bắt đầu để hình thành phôi.
Hình 3: Các giai đoạn thụ tinh
(Nguồn: American pregnancy Association, Fretilization)
Sự thụ tinh diễn ra ở đoạn bóng của vòi trứng. Dưới tác động của các lông chuyển và sự co thắt của cơ trơn vòi trứng, phôi di chuyển trong dịch của vòi trứng về hướng buồng tử cung. Phôi vào đến buồng tử cung khoảng 4-5 ngày sau thụ tinh, vào giai đoạn cuối phôi dâu hoặc đầu của phôi nang. Phôi khi vào đến buồng tử cung sẽ tiếp tục sống và phân chia trong môi trường dịch tiết của nội mạc tử cung vài ngày trước khi làm tổ. Màng trong suốt có tác dụng bảo vệ trứng và phôi trong giai đoạn đầu sẽ tự tiêu dưới tác dụng của các men trong tử cung. Phôi sẽ bám vào nội mạc tử cung để làm tổ vào thời điểm 6-7 ngày sau khi thụ tinh.
Mục đích cuối cùng của thụ tinh là tạo ra một cá thể mới mang bộ nhiễm sắc thể kết hợp của hai cá thể bố và mẹ, tiếp tục di truyền bộ gen từ thế hệ này sang thế hệ khác.
Xem tiếp:
Sự di chuyển của giao tử và sự thụ tinh
Sự thụ tinh và thụ thai
