Die Physiologie der Reproduktion

Die Produktion der weiblichen Gameten (Eizellen) findet in einem Zyklus von 28 Tagen in den Eierstöcken statt. Es handelt sich um einen komplexen Prozess, der durch das luteinisierende Hormon (LH) und das follikelstimulierende Hormon (FSH) reguliert wird, welche von der Hypophyse ausgeschüttet werden.

Schon in der embryonalen Entwicklungsstufe der Frau und bereits vor ihrer Geburt wandern die weiblichen Keimzellen, die Oogonien genannt werden, von ihrem Ursprung zu dem Ort, an dem im weiteren Verlauf der Entwicklung die Eierstöcke entstehen werden. Etwa zwei Millionen dieser Zellen befinden sich bereits bei der Geburt in den Eierstöcken des Mädchens und werden Oozyten genannt. Da diese Anzahl rasch abnimmt, besitzt eine junge Frau 800.000 primäre Oozyten, von denen während des gesamten fruchtbaren Lebens der Frau nur etwa 400 bis zum Eisprung kommen.

Ausgelöst von Hormonen wie dem Östradiol, dem LH und dem FSH findet in den Urkeimzellen eine Veränderung des genetischen Materials statt, die sich Meiose nennt und, deren Zweck es ist, die Chromosomenausstattung auf nur 23 Chromosomen (alle anderen Zellen des Organismus besitzen 46) zu verringern. Daher verfügen die weiblichen Gameten über 23 Chromosomen; da aber die Meiose in einer Vorphase der ersten meiotischen Teilung angehalten wurde, können sie noch nicht befruchtet werden. Im Gegensatz zur kontinuierlich ablaufenden Spermienproduktion beim Mann, findet der Eisprung bei der Frau periodisch statt und wiederholt sich alle 28 Tage.

An jedem ersten Tag des Menstruationszyklus beginnen mehrere Follikel, von denen jedes eine Oozyte enthält, gleichzeitig ihren Reifeprozess; dieser wird ausgelöst durch das Hormon FSH, das die im unteren Teil des Gehirns befindliche Hypophyse ausschüttet. Unter normalen Umständen reift nur eine Eizelle heran, kommt bis zum Eisprung und kann befruchtet werden; die anderen verkümmern im Verlauf des Zyklus.

Während dieses Prozesses geben die sich entwickelnden Follikel das Hormon Östradiol ab, das die Hypophyse veranlasst, das Hormon LH zu produzieren. Gleichzeitig bewirkt das Östradiol die Ausbreitung der Gebärmutterschleimhaut in der Gebärmutter. Um den zwölften Tag des Zyklus herum bewirkt das ausgeschüttete LH die erste meiotische Teilung der ausgewählten Oozyte. Außerdem vermindert sich der Anteil des FSH. Achtunddreißig bis vierzig Stunden später setzt der Follikel die Eizelle frei, die vom Eileiter aufgenommen wird. Das nennt sich Ovulation bzw. Eisprung und geschieht im Verlauf des vierzehnten Tages des Zyklus.

Die so freigesetzte Eizelle überlebt etwa einen Tag und kann nur in dieser Phase befruchtet werden. Sie befindet sich in der Ampulle des Eileiters und zieht die Spermien an, die bis hierhin gelangen konnten, und die Eizelle umkreisen. In dem Moment, wo ein Spermium ins Innere ihres Zytoplasmas dringt, wird die Eizelle undurchlässig und es kann kein weiteres Spermium eindringen. Der Kopf des Spermiums, die Geißel, wird außerhalb abgestoßen und veranlasst die Reaktivierung der zweiten meiotischen Teilung.

Vierundzwanzig Stunden nach Eindringen des Spermiums verfügt der Embryo (Präembryo genannt) über zwei Pronuclei und bereits über die komplette Chromosomenausstattung von 46 Chromosomen, die bei allen Zellen des Organismus gleich ist. Von diesem Moment an beginnt der Präembryo einen fortlaufenden Prozess der meiotischen Teilung, die zu einem Embryo mit zwei Zellen, dann vier Zellen, acht Zellen und so weiterlaufend führt.

Währenddessen erhält der nunmehr leere Follikel die Funktion einer endokrinen Drüse und schüttet Progesteron und eine bestimmte Menge Östradiol aus. Er erhält den Namen Gelbkörper und ist dafür zuständig, die optimale Vorbereitung der Gebärmutterschleimhaut zu veranlassen (die dank des Österiol vorher entstanden ist), um den Embryonen aufzunehmen. Das Progesteron, das auch einen hemmenden Effekt auf die Hypophyse hat, löst die abschließende Ausschüttung von LH aus, durch das der Gelbkörper, sollte es nicht zur Schwangerschaft kommen, vierzehn Tage nach seiner Entstehung schließlich degeneriert und die Ablösung der Gebärmutterschleimhaut mit der Monatsregel stattfindet (also 28 Tage nach Beginn des Zyklus).

Der Präembryo entwickelt sich vier bis fünf Tage im Eileiter. Wenn er sich in der Teilungs phase mit 12 oder 24 Zellen befindet, erhält er den Namen Morula und wandert in die Gebärmutter, wo er sich einnistet. Das bedeutet, dass die Nidation in der Gebärmutterschleimhaut um den sechsten Tag herum im Blastozytenstadium erfolgt. Zu diesem Zeitpunkt beginnt die Ausschüttung des humanen Choriongonadotropin (hCG), das eine ähnliche Struktur hat wie das LH. Aus diesem Grund degeneriert die Gebärmutterschleimhaut nicht und es können die notwendigen Hormonspiegel an Östradiol und Progesteron aufgebaut werden, um die Schwangerschaft fortzuführen. Es ist das Hormon hCG, anhand dessen eine Schwangerschaft mit immunologischen Methoden via Urin- oder Blutanalyse festgestellt werden kann.

Am neunten Tag nach dem Eisprung hat sich der Embryo bereits fest in das Gebärmutterepithel eingenistet und wird sich ab nun kontinuierlich bis zur Geburt weiterentwickeln. Wäre keine Befruchtung erfolgt, würden das im Blut vorhandene Östradiol und Progesteron schnell abgebaut werden. Die Hypophyse würde auf diese Verringerung dann mit einer Ausschüttung von FSH reagieren und ein neuer Zyklus würde eingeleitet werden.

Beim Mann findet die Produktion von männlichen Gameten (Spermien) kontinuierlich in den Hodenkanälchen statt, die sich in den Hoden des Mannes befinden.

Das Spermium (der männliche Gamet) hat die Fähigkeit, sich fortzubewegen. In seinem Kopf befindet sich der Kern mit der genetischen Information, die notwendig ist, um dem zukünftigen Embryo (Präembryo) den väterlichen Teil seiner Chromosomenausstattung mmitzugeben.

Ausgelöst durch Hormone wie das Testosteron, das LH und das FSH, entstehen durch mitotische Zellteilung aus jeder der Spermatogonien (den Urkeimzellen des Mannes) zwei Spermatozyten. Jeder Spermatozyt teilt sich ebenfalls durch Meiose in zwei Spermatiden, die primären Spermatozyten, die bereits nur 23 Chromosomen besitzen (die Hälfte der 46, die alle anderen Zellen des Organismus haben), einen Differenzierungsprozess durchlaufen und sich in Spermien verwandeln. Dieser ganze Prozess dauert etwas mehr als 60 Tage und die bereits gebildeten Spermien lagern sich in der Epididymis (den Nebenhoden) ein, wo sie ihre Beweglichkeit erlangen. Hier können sie weitere 10 Tage bleiben.

Im Moment der Ejakulation wandern die Spermien in die Harnröhre, wo sie sich mit Samenflüssigkeit und prostatischer Flüssigkeit mischen und das Sperma bilden, bevor sie nach außen treten. Draußen, vollziehen sie rasch den physiologischen Reifungsprozess (Kapazitation), durch den sie die Fähigkeit erlangen, die Eizelle zu befruchten.

Auch wenn dieser Prozess fortlaufend stattfindet, hat seine lange Dauer (insgesamt fast 80 Tage) großen Einfluss auf die tatsächliche Fruchtbarkeit des Mannes. Neben anderen Faktoren spielt auch die Zeitspanne zwischen den Ejakulationen eine Rolle, da es bei Überschreitung des idealen Zeitabstands von 72 Stunden zu einer Veränderung der Spermienzahl kommt. Während der 80 Tage, die der gesamte Reife prozess dauert, können die Spermien zudem von externen Faktoren wie Umweltgiften, Medikamenten oder Stress beeinträchtigt werden.

Aus Gründen, die sich wohl noch aus dem Überlebenskampf der Spezies herleiten, ist die Anzahl der ausgestoßenen Spermien bei jeder Ejakulation hoch. Als normal wird sie angesehen, wenn sie mehr als 15 Millionen Spermien pro Milliliter beträgt und diese ein normales Aussehen haben (die durchschnittliche Menge einer Ejakulation liegt zwischen 2 und 6 Millilitern). Die männlichen Gameten vertragen die Kryokonservierung und den Auftauprozess gut. Dank dieser Besonderheit werden schon seit geraumer Zeit kryokonservierte Spermien in Samenbanken benutzt und mit Erfolg zur menschlichen Reproduktion eingesetzt.