Natürliche Fortpflanzungsprozesse

Ablauf des Fertilitätsprozesses im natürlichen Zyklus

Die Fertilisation beim Menschen ist das Ergebnis einer komplex abgestimmten Reihenfolge biochemischer Prozesse, welche zur Bildung einer Zygote aus einer Eizelle (Oozyte) führen. Beim Menschen verschmelzen dazu zwei Keimzellen mit haploidem Chromosomensatz: das männliche Spermium und die weibliche Eizelle.
Bevor der sehr komplexe Prozess in Gang gesetzt wird, muss ein Vereinigungsakt zwischen einer Frau und einem Mann stattfinden, welcher mit einem Samenerguss in die weibliche Scheide endet.

Die Befruchtung einer Eizelle und der Beginn einer Schwangerschaft ist durch das Zusammenwirken verschiedener biologischer Prozesse abgestimmt. Man unterscheidet drei Phasen, bevor man von einer Empfängnis spricht.

• Befruchtung Phase:     - die Vereinigung von männlichen und weiblichen Geschlechtszellen,  aus denen eine neue Zelle, die Zygote, entsteht.
• Segmentation Phase:  - Die Entwicklung der Zygote durch Zellteilung zum Blastozyste.
• Implantation Phase:     - Das Einnisten der Blastozyste in der Innenwand des Uterus.

Wenn auch nur bei einem einzelnen dieser Vorgänge Störungen auftreten, kommt es nicht zur Schwangerschaft.

Die weibliche Geschlechtszelle heißt Eizelle (lat. Ovum). Eizellen werden in den weiblichen Keimdrüsen, den Ovarien auch Eierstöcke genannt, gebildet. Sie sind die größten Zellen des menschlichen Körpers. Sie sind ca. 0,15 mm groß, sodass man sie ohne Mikroskop sehen kann. Die Eizelle ist rund, ihr Zellkern enthält 23 Chromosomen, welche die Erbmerkmale der Frau tragen. Im Gegensatz zu den Spermien gibt es nur eine Art Eizelle: solche mit X-Chromosomen. Wenn sich eine Eizelle mit einer Samenzelle, die ein X-Chromosom hat, verbindet, wird das Kind ein Mädchen. Wenn sich die Eizelle mit einer Samenzelle verbindet, welche ein Y-Chromosom trägt, entsteht ein Junge. Das bedeutet, dass das Geschlecht eines Kindes nicht durch die Eizelle bestimmt wird, sondern von der Samenzelle. In den Eierstöcken befinden sich von Geburt an die Eizellen, die während der Fortpflanzungsphase heranreifen. In der Embryonalphase bezeichnet man die in den Eierstöcken gebildeten Follikel als Primärfollikel. Bei der Geburt eines Mädchens enthalten die Eierstöcke etwa zwei Millionen Follikel. Zu Beginn der Pubertät sind noch ungefähr 300 000 bis 400 000 Follikel übrig. Die Follikel sorgen für eine Östrogenproduktion, die der jeweiligen Entwicklungsphase entspricht. Ab der Pubertät reift etwa alle 28 Tage einer dieser Follikel zu einer Eizelle heran, und es kommt zum Eisprung: Der Primärfollikel reift zu einem Graaf-Follikel heran, der aus einer Keim- bzw. Eizelle und mehreren Schleimhauthüllen besteht. Dieser Follikel entwickelt sich weiter und sobald das luteinisierende Hormon LH die entsprechende Konzentration im Blut erreicht hat, platzt er und setzt das Ei frei. Es wird angenommen, dass nur etwa jeder 20-sten Follikel eine Ovulation verursacht, denn nur 2 von 20 Primärfollikeln erreichen die Oberfläche der Eierstöcke und von diesen zweien wiederum nur einer die Ovulation. Das freigesetzte Ei wandert durch den Eileiter in die Gebärmutter. Trifft das Ei auf eine Samenzelle, kommt es zur Befruchtung und zur Zellteilung. Wird das Ei nicht befruchtet, setzt die Menstruation ein.

Phasen der Empfängnis

Befruchtung Phase

Beim Geschlechtsverkehr werden ca. 2 - 4 ml Ejakulatmenge freigegeben. Der Samen besteht aus Samenzellen und aus einer Flüssigkeit der Keimdrüsen. Die Samenflüssigkeit beinhaltet Nährstoffe und trägt zur Aktivierung der Beweglichkeit der Samenzellen bei. Es werden normalerweise zwischen 100 - 200 Millionen Samenzellen in der Scheide hinterlassen. Der weitaus größte Teil der Samenzellen geht unmittelbar nach dem Geschlechtsverkehr mit dem Scheidensekret verloren. Ein Großteil der verbliebenen Spermien geht im sauren Milieu der Scheide zugrunde. Nur wenige Hundert Spermien erreichen den Eileiter. Nur etwa 10 % der fähigen Spermien von 100 - 200 Millionen setzen ihre Mission in der Gebärmutter fort. Viele dieser Samenzellen gehen dabei in der Schleimhautfalte der Gebärmutter verloren oder werden im Sekret der Gebärmutter gefangen.

Von dort schwimmen die Spermien mithilfe ihres flagellenartigen Schwanzes in den Eileiter. Nach den neuesten Erkenntnissen verläuft der hier beschriebene Prozess etwas anders ab. Der Muttermund ist durch einen Schleimpfropf verschlossen. Nur zum Zeitpunkt des Eisprungs ändert dieser seine Konsistenz so, dass die Spermien hindurchwandern können. In den anderen Phasen des Monatszyklus ist er für Spermien undurchlässig. Nach dem Samenerguss wird den Spermien die Richtung vorgegeben. Mittels eines Saugreflexes, welcher in der Phase des Eisprungs am Muttermund entsteht,  werden die Spermien in die Eileiter nach oben befördert. Der weitere Weg der Spermien in die Eileiter wird zusätzlich durch die veränderte Durchblutung der Eileiter unterstützt. Das sich das Eibläschen nur in einem Eileiter befindet, weist dieser eine, eine kräftigere Durchblutung auf als der andere. Zudem ist er weitgestellt, um die Spermien aufnehmen zu können.  Der andere Eileiter dagegen befindet sich in einer funktionellen Verschlossenheit. Erst auf diesem Weg werden die Spermien zeugungsfähig. Bestimmte Proteine im Sperma und an den Spermien werden durch weibliche Enzyme entfernt. Der Vorgang heißt Kapazitation und dauert einige Stunden, in denen die Spermien kein Ei befruchten können. Die Kapazitation bezeichnet die Maturation der Spermatozoen, aus welcher die volle Befruchtungsfähigkeit der männlichen Gameten resultiert. Als Konsequenz dieser Vorgänge erlangen sie hyperaktive Beweglichkeit und die Fähigkeit zur Akrosom-Reaktion, welche eine wichtige Voraussetzung für das Passieren der Zona pellucida (Glashaut) der Eizelle darstellt. Der erste Teil der Eileiter wird nur von ein paar hundert Samenzellen erreicht. Hier setzen sich die Samenzellen an der Schleimhaut fest und können sich dort mehr als vier Tage aufhalten. Die weitere Entwicklung hängt davon ab, ob sich in einem der Eileiter eine befruchtungsfähige Eizelle befindet. Ist dies der Fall, d. h. hat die Frau innerhalb der etwa letzten 24 Stunden einen Follikelsprung gehabt, bewegen sich die verbliebenen Spermien darauf zu. Wie genau sie die Eizelle finden, ist noch nicht bekannt. Es werden hormongesteuerte Abläufe vermutet oder auch der Einfluss eines als Konzentrationsgradient wirkenden unbekannten Stoffes, welcher als Lockstoff von der Eizelle abgegeben wird. Dieser Lockstoff wirkt so auf Duftrezeptoren der Spermien ein. Neuere Untersuchungen zeigen, dass der Duftstoff Bourgeonal, welcher auch im Duft von Maiglöckchen vorhanden ist, den o. g. Duftrezeptor in den Spermien aktiviert und so zu einer positiven Chemotaxis führt. Allerdings ist es nicht unwahrscheinlich, dass hier noch eine Reihe anderer Faktoren eine Rolle spielen. Die Eizellen sind von einer lockeren Schicht von Follikelzellen umgeben. Nur etwa ein paar Dutzend Samenzellen schaffen es bis zur Eizelle. Über der Plasmamembran der Eizelle befindet sich außerdem die Zona pellucida, eine Schicht von verschiedenen engmaschigen Glykoproteinen. Beide muss das Spermium durchdrängen, um mit der Eizelle verschmelzen zu können. Spezielle Glykoproteine der Zona pellucida verbinden sich mit den auftreffenden Spermienköpfen und lösen die Fusion des Akrosoms (sog. Akrosom-Reaktion) mit der Zona pellucida aus. Die im Akrosom gespeicherten Enzyme lösen die Zona pellucida auf und ermöglichen dem Spermium, die darunterliegende Plasmamembran zu erreichen. Die Akrosomreaktion bewirkt weiter eine Aktivierung und Exponierung von Proteinen auf dem Spermium, welche sich wiederum spezifisch an passenden Rezeptoren auf der Plasmamembran des Eis binden. Bei Kontakt verschmelzen nun Spermium und Eizelle und das gesamte Spermium wird in die Eizelle gezogen. Gleichzeitig wird die Membran der Eizelle depolarisiert, wodurch für kurze Zeit eine weitere Befruchtung mit anderen Spermien verhindert wird (Polyspermie). Die Depolarisation wird durch den „langsamen Block gegen Polyspermie“ abgelöst, bei dem die Zona pellucida durch Enzyme aus den Corticalgranula ihre Struktur verändert und sich gegen weitere Penetration durch Spermien schützt.

Segmentation Phase

Ist das Spermium in die Eizelle aufgenommen worden, beendet diese ihre zweite Reifeteilung oder Meiose II. Sie gibt hierbei ein letztes Polkörperchen ab. Wie vorher hat sie jetzt nur noch den haploiden Ein-Chromatid-Chromosomensatz in sich. Die männlichen und weiblichen haploiden Ein-Chromatid-Chromosomen verwandeln sich zu haploiden Zwei-Chromatid-Chromosomen. So bilden sich der männliche und der weibliche Vorkern. Diese vereinigen sich jetzt zu einem vollständigen, 2-fachen oder diploiden Zwei-Chromatid-Chromosomensatz. Damit ist der Vorgang der eigentlichen Zeugung abgeschlossen, es hat sich eine befruchtete Zelle gebildet, die Erbgut beider Elternteile in sich trägt.

Implantation Phase

Die befruchtete Zelle, die als Zygote bezeichnet wird, beginnt einen Tag nach der Zeugung mit der Zellteilung. Sie erreicht nach etwa drei Tagen im 12- bis 16-Zellen-Stadium die Gebärmutter, wo sie sich etwa fünf bis sechs Tage nach dem Eisprung in der Gebärmutterschleimhaut einnistet, ab diesem Zeitpunkt beginnt nach vorherrschender Meinung die Schwangerschaft.

Ablauf des Fortpflanzungszyklus im Bild

Erste Zyklushälfte (ca. 1. - 14. Tag)

Unter dem Einfluss von FSH wächst ein Eibläschen heran, in dem vermehrt Östrogene gebildet werden. Diese Östrogene bauen die Gebarmutterschleimhaut auf, öffnen den Gebärmutterhals (Cervix) um einige Millimeter und sorgen dort für die nötige Schleimproduktion, welche später der Samenzelle das Eindringen erleichtert.

Zyklusmitte (ca. 14. - 16. Tag)

Ein rascher LH-Anstieg, meist am 13. Tag, löst am nächsten Tag den Eisprung (Ovulation) aus. Der Graaf-Follikel platzt, die jetzt befruchtungsfähige Eizelle wird vom Fimbrientrichter des Eileiters (Tube) aufgenommen. Aus den Resten des Graaf-Follikels entsteht der Gelbkörper (Corpus luteum), welcher das Gelbkörperhormon Progesteron herstellt. Progesteron bereitet die Schleimhaut der Gebärmutter auf die Einnistung der befruchteten Eizelle vor und ist verantwortlich für den Erhalt der Schwangerschaft.

Die Befruchtung

Die Eizelle kann nun im Eileiter befruchtet werden (l). Voraussetzung dafür sind befruchtungsfähige Samenzellen (Spermien) welche zuerst durch die Schleimbarriere des Gebärmutterhalses, dann durch die Gebärmutterhöhle und schließlich durch einen Teil des Eileiters gelangen müssen, um in die Eizelle eindringen zu können. Mütterliche und väterliche Erbanlagen verschmelzen, die Zellteilung beginnt und ein neues menschliches Leben entsteht. Eigenbewegungen des Eileiters transportieren diesen frühen Embryo in die Gebärmutterhöhle (2 - 5 Tage). Nach 5 Tagen ist die Gebärmutter erreicht und der Embryo nistet sich ein (6 - 7 Tage). Die Schwangerschaft beginnt.

Empfängnis

Am Tag 6. bis 7. nach dem Eisprung und der Befruchtung

Der Embryo hat sich in der entsprechend vorbereiteten Gebärmutterschleimhaut eingenistet. Der Embryo gibt Hormonsignale ab und signalisiert damit dem Eierstock (Ovar) die Implantation. Der Gelbkörper bleibt erhalten und bildet das Hormon Progesteron, welches für den Erhalt der Schwangerschaft verantwortlich ist.