PACES Amiens 2010/2011 – 2010/2011 – UE2 – UE2 – Embryologie – Embryologie – Les conditions préalables à la fécondation
CHAPITRE 1 : Les conditions préalables à la fécondation féc ondation
La fécondation est le processus de rencontre et de fusion d’un spermatozoïde et d’un ovule aboutissant à la formation du zygote. C’est le paradoxe de la biologie : 1+1=1. Ce processus se déroule dans les voies génitales féminines dans le tiers latéral d’une des deux trompes, au niveau de l’ampoule tubaire. tubaire. Plusieurs conditions doivent être remplies pour que les gamètes puissent se rencontrer et fusionné : - Production de gamètes mâles et femelles - Cheminement des spermatozoïdes dans les voies génitales masculines - Cheminement des gamètes dans les voies génitales féminines - Synchronisation I/ La gamétogénèse A/ Point commun : la méiose
La méiose réduit de moitié le nombre de chromosomes. On passe d’une cellule diploïde (46 chromosomes à 2 chromatides) à une cellule haploïde (23 chromosomes à une chromatide). La méiose consiste en deux divisions successives : - Une première division dite réductionnelle - Une deuxième division dite équationnelle L’or de la prophase I les chromosomes homologues homologue s s’apparient grâce au complexe synaptonémal (complexe protéique). Puis ils sont répartis de façon aléatoire dans les cellules filles, ce qui nous donne une probabilité de 223 soit 8 millions 400 mille possibilités. possibilités . Ce nombre de possibilités est largement augmenter grâce aux crossing-over (environ 50 par méiose). Une seule chromatide participe au crossing-over. La division équationnelle elle ressemble à une mitose classique, mais sur une cellule haploïde. Ce processus est identique chez l’homme et chez la f emme, seulement le timing est différent, de plus la différentiation peut être concomitante (femme) ou non (homme). B/ La gamétogénèse masculine : la spermatogénèse
Elle se déroule dans les testicules (paires, ovoïdes, 4 à 5 cm de long, 3 cm de large et 2.5 cm d’épaisseur). Chaque testicule est composé : - D’une enveloppe périphérique - D’un tissu conjonctif qui forme des logettes (environ 250 par testicule) à l’intérieur desquelles on retrouve des tubes séminifères (2 à 4 par logette) - D’un compartiment interstitiel correspondant à l’extérieur des tubes séminifères, il est vascularisé et contient les cellules de Leydig qui produisent la testostérone
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Les tubes séminifères : Les tubes séminifères sont le lieu de la gamétogénèse gamétogénèse,, ils contiennent l’épithélium séminifère et se terminent en cul-de-sac. Chaque tube est entouré d’une gaine péri tubulaire composée (de l’intérieur vers l’extérieur) : - D’une membrane basale - D’une couche myoïde péri tubulaire (muscles lisses) - De fibrilles de collagène L’épithélium séminifère contient les cellules de Sertoli qui structurent la paroi du tube (noyau triangulaire), ces cellules sont rattachées les unes aux autres par des jonctions serrées qui délimitent deux compartiments : - Un compartiment périphérique qui repose sur la basale et où l’on trouve les cellules souches (spermatogonie A) - Un compartiment central qui débouche sur la lumière du tube qui est le lieu de fabrication des spermatozoïdes Ces jonctions créent ce que l’on appelle la barrière hématotesticulaire, hématotesticulaire, cet épithélium est donc très polarisé (pôle apical et basal), de plus les cellules de Sertoli jouent un rôle essentiel dans la spermatogénèse. spermatogénèse.
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A : Zone basale B : Zone adluminale 1 : Cellule péritubulaire 2 : Membrane basale 3 : Spermatogonie 4 : Tight junction (Jonction serrée) 5 : Spermatocyte I 6 : Spermatocyte II 7 : Spermatide 8 : Acrosome 9 : Corps résiduel 10 : Spermatozoïde Spermatozoïde 11 : Noyau de la cellule de soutien de Sertoli
La spermatogénèse : Les spermatogonies sont des cellules souches qui se trouvent dans le compartiment périphérique, c’est le point de départ de la spermatogénèse. spermatogénèse. La production de spermatozoïdes commence à la puberté et dure toute la vie, vie , un cycle de production dure 74 jours plus ou noms 4 jours. jours. Les grandes étapes du cycle de productions sont : - La multiplication des spermatogonies (A) pour conserver un stock de cellules souches - Certaines spermatogonies (B) se transforment et sont déterminées pour entrer dans le cycle - Les spermatogonies B entrent en méiose et donnent des spermatocytes I qui se séparent des spermatogonies en entrant dans le compartiment central - Les spermatocytes I se divisent (division réductionnelle) pour donner des spermatocytes II - Les spermatocytes II se divisent (division équationnelle) et donnent des spermatides - Les spermatides subissent la spermiogénèse pour enfin donner des spermatozoïdes La prophase I est relativement longue (leptotène, zygotène, pachytène, diplotène et la diasnèse) il est donc très facile d’observer des spermatocytes I. La division équationn elle quant à elle est relativement rapide, il est donc asse difficile d’observer des spermatocytes II. Les étapes de la spermiogénèse spermiogénèse : - Au départ les cellules cellules (spermatides) (spermatides) ne sont pas différenciées différenciées (un noyau, noyau, un ADG, des mitochondries et un complexe centriolaire) - Condensation nucléaire - ADG forme l’acrosome - Les centrioles migrent au pôle opposé à l’acrosome pour former le complexe axonémal. axonémal . Le centriole proximal reste à la base tandis que le centriole distal s’allonge pour former le flagelle. - Les mitochondries se regroupent en hélice Page 3 sur 12
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-
Le surplus de cytoplasme est éliminé
On obtient un spermatozoïde qui est une petite cellule pauvre en cytoplasme contenant : - Une tête (environ 5 de long) - Un col - Une pièce intermédiaire - Une pièce principale (environ 50 de long) - Une pièce terminale Deux grands types de spermatozoïdes : X et Y. Les cellules filles des spermatogonies restent attacher les unes aux autres par des ponts cytoplasmique, ces pont ne sont rompus qu’a la libération d u spermatozoïde, ils permettent une synchronisation de formation.
1 : Structure axonémale 2 : Appareil de Golg 3 : Vésicule acrosomiale 4 : Paire de centrioles 5 : Mitochondrie 6 : Noyau 7 : Ébauche initiale du flagelle 8 : Microtubules Microtubules 9 : Queue du spermatozoïde spermatozoïde 10 :
Capuchon céphalique acrosomial
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1 : Membrane plasmique 2 : Membrane acrosomiale externe 3 : Acrosome 4 : Membrane acrosomiale interne 5 : Noyau 6 : Centriole proximal 7 : Restes du centriole distal 8 : Faisceau longitudinaux longitudinaux extérieurs denses 9 : Mitochondries 10 : Axonème 11 : Annulus 12 : fibres dense externes A : Tête B : Collet C : Pièce intermédiaire intermédiaire D : Pièce principale E : Pièce terminale
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La régulation de la spermatogénèse : L’adéno hypophyse sous contrôle hypothalamiques de GnRH produit les gonadotrophines FSH et LH LH.. La LH agit sur les cellules de Leydig et engendre une production de testostérone testostérone.. Cette testostérone agit sur les cellules de Sertoli et donc sur la spermatogénèse, de plus elle induit un rétro contrôle négatif sur l’axe hypothalamo hypophysaire. La FSH quant à elle agit sur les cellules de Sertoli et donc sur la spermatogénèse, spermatogénèse, de plus elle engendre la production d’inhibine d’inhibine par les cellules de Sertoli, Sertoli , cette hormone inhibe la sécrétion de FSH.
C/ La gamétogénèse féminine : l’ovogenèse
Elle se déroule dans les ovaires (paires, amande, quelques cm de diamètre, 1.3 à 3 cm de long et quelque cm d’épaisseur). L’ovaire est entouré de l’épithélium l’ép ithélium germinatif qui pour le coup n’a aucun rôle germinatif , c’est un épithélium cubique simple qui repose sur une lame basale. La formation des ovocytes se fait en périphérie de l’ovaire dans la corticale ovarienne. ovarienne . L’ovulation commence à la puberté (13-14 ans) et se termine à la ménopause (50 ans). La formation quant à elle commence avant la naissance naissance.. Chez la femme méiose et différentiation sont concomitantes. concomitantes. Entre 6 semaines et 3 mois in utéro les l es ovogonies se multiplient, puis s’entoure de cellules folliculaires et deviennent ovocyte I. Ces ovocytes I sont bloqués en prophase I dès le 4 mois in utéro. À ce stade on a des millions d’ovocytes. d’ovo cytes. Une atrésie folliculaire ce met en place, à la naissance il reste environ 1 millions de follicules primordiaux (50µ à 70µ de diamètre). Ces cellules folliculaires sont entourées par la membrane de Page 6 sur 12
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Slavjanski qui les sépare du stroma ovarien. L’atrésie L’atrés ie folliculaire continue ce qui fait qu’à la puberté il reste environ 400 000 follicules. follicules . À partir de la puberté, quelques dizaines dizaines de follicules sont recrutés tous tous les mois et évoluent évoluent sur 3 mois. Sur cette dizaine de follicules, un seul arrivera à maturation : le follicule dominant. Un cycle menstruel classique dure 28 J et comporte une seule ovulation à J 14. On a donc 12 à 13 ovulations par an, soit un total de 400 à 500 ovulations de la puberté à la ménopause. Le cycle de maturation Au début du cycle on part part d’un follicule primordial avec un ovocyte ovocyte d’un diamètre de 50 à 70µ et on arrive en fin de cycle à un ovocyte de 120µ de diamètre. - L’ovocyte et les cellules folliculaires présentes en une seule couche produisent des glyco protéine pour former la zone pellucide qui va entourer l’ovocyte, on parle alors de follicule primaire - Les cellules folliculaires ce multiplient et forme plusieurs couches : la granulosa. granulosa. On parle alors de follicule secondaire - Le stroma ovarien va s’organiser autour du follicule en deux couches : Une couche très cellulaire : la thèque interne o Une couche fibreuse : la thèque externe o C’est deux couches sont vasculaires puisqu’elles sont dans le tissu conjonctif. o - Des lacunes apparaissent entre les cellules de la granulosa : les corps de Call et Exner, on parle alors de follicule tertiaire - Les lacunes confluent pour former une cavité liquidienne : l’antrum l’ antrum,, on parle alors de follicule quaternaire ou cavitaire. cavitaire . Il apparaît en général gé néral 65 jour avant l’ovulation - Le follicule cavitaire continue à grandir, la cavité prend de plus en plus de place. place . On arrive à un follicule d’environ 2 cm de diamètre que fait saillie à la surface de l’ovaire : le follicule de De Graaf . On remarque que l’ovocyte fait saillie dans l’antrum, c’est ce que l’on appelle le cumulus oophorus. oophorus . L’ovulation L’ovulation qui survient généralement à J 14 du cycle libère l’ovocyte l’ovocyte entouré de la zone pellucide et de quelques cellules de granulosa formant la corona radiata. radiata. Tout de suite après l’ovulation l’ovocyte I reprend sa méiose, il expulse un globule polaire pola ire puis se bloque en métaphase II. II. Dans l’ovaire le reste du follicule s’affaisse sur lu même et forme le corps jaune. jaune .
A : Follicule primordial B : Follicule primaire 1 : Ovocyte/ovule 2 : Cellules folliculare f ollicularess
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1 : Ovocyte/ovule 2 : Zone pellucide 3 : Granulosa 4 : Thèque du follicule f ollicule
1 : Ovocyte/ovule 2 : Zone pellucide 3 : Granulosa 4 : Thèque interne 5 : Thèque externe 6 : Antrum 7 : Cumulus oophorus 8 : Membrane de Slavjanski
1 : Thèque interne et externe 2 : Membrane de Slavjanski 3 : Granulosa 4 : Antrum 5 : Ovocyte I 6 : Cumulus oophorus 7 : Cumulus oophorus
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La régulation de l’ovogenèse : La croissance folliculaire de début (primordial à tertiaire) est régulée par des facteurs intrinsèques locaux propres à l’ovaire. l’ovaire . Le follicule tertiaire-quaternaire commence à produire des récepteurs à la FSH, ili l passe donc sous le contrôle de l’axe hypothalamo hypophysaire . Sous l’influence de la FSH la granulosa et la thèque interne vont alors produire des œstrogènes qui auront un rétro contrôle négatif sur l’axe hypothalamo hypophysaire. Les œstrogènes passent dans le sang, mais aussi dans l’antrum ou ils atteignent une concentration phénoménale. De plus la granulosa produit des récepteurs à l’estrogène. l’ estrogène. Vers J14 le follicule dominant qui devient toujours de plus en plus gros synthétise énormément de récepteurs à la FSH, par conséquent il produit beaucoup plus d’œstrogènes d’ œstrogènes,, car même si le taux de FSH diminue l’augmentation des récepteurs fait que la stimulation continue d’augmenter. Pour le fonctionnement d’une hormone il faut prendre deux paramètres en compte : la concentration de l’hormone, mais surtout le nombre de récepteurs à cette hormone, plus les récepteurs seront nombreux plus une petite quantité d’hormone sera efficace. Seul le follicule dominant va évoluer en follicule de De Graaf, de plus il va inhiber la croissance des autres follicules . Un peu avant l’ovulation J13 la concentration en œstrogènes œst rogènes dans le sang atteint une valeur seuil ce qui a pour conséquence d’inverser le rétro contrôle qui devient positif. On a alors un pic de FSH mas sur tout de LH qui est responsable de l’ovulation. Dans la deuxième moitié du cycle, le corps jaune toujours stimuler par la FSH continue à produire des estrogènes, mais se met aussi à produire de la progestérone. pr ogestérone. Au moment de l’ovulation la membrane de Slavjanski est traversée par des vaisseaux sanguins, il y a donc une libération importante d’hormone dans d ans le sang, cette libération exerce un rétro contrôle négatif qui fait baisser la FSH et la LH. Les œstrogènes et la progestérone agissent sur l’axe hypothalamo hypophysaire, hypophysaire, mais aussi sur toutes les cellules ci bles de l’organisme (endomètre, muscles, système nerveux...). À partir de ce moment, deux cas sont sont possibles : - Soit il y à fécondation et le corps jaune jaune se se transforme transforme en corps jaune de grosses grosses (gravidique) - Soit il n’y a pas fécondation et les taux t aux d’hormone hypophysaires diminues et le corps jaune dégénère, donc la production d’œstrogènes et de progestérone diminue et l’endomètre qui n’est plus stimulé est éliminé par les règles et l’on recommence un nouveau cycle.
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II/ Le cheminement des spermatozoïdes dans les voies génitales masculines
- Tubes séminifères - Tubes droits (rete testis) - Cônes efférents - Tubes épidydimaires Ce trajet dure 5 à 10 jours, jours, pendent ce trajet le spermatozoïde est maturé : il acquière sa mobilité et sa capacitation (capacité à reconnaitre et se fixer sur la zone pellucide pour fusionner avec). fusionner avec). Puis ils sont décapités pour ne pas qu’ils sautent sur tout ce qui bouge et qu’ils fusionnent avec n’importe quoi. À la fin de ce trajet ils peuvent être stocké jusqu’à 3 semaines dans la queue de l’épididyme l’ épididyme,, s’ils ne sont pas éjaculer éjaculer avent bien sûr. Lors de l’éjaculation les spermatozoïdes passent dans le canal déférent qui est prolongé par le canal éjaculateur (qui traverse la prostate) et qui rejoint les canaux urinaires, ils prennent ensuite le chemin de l’urètre. Pendant ce tra jet tra jet les spermatozoïdes sont mélangés aux sécrétions des glandes sexuelles : prostate et vésicules séminales. Constitution d’un éjaculait : – 2 à 5 ml – Environ 60 millions de spermatozoïdes par ml soit 120 à 300 millions par éjaculait – 5% de sécrétions épididymaire – 30% de sécrétions prostatique – 65% de sécrétions séminales La qualité du sperme varie en fonction du temps lors de l’éjaculation. l’ éjaculation. Le premier jet est toujours le plus fécondant, car il contient les sécrétions épididymaire et donc la majorité des spermatozoïdes, mélangé aux sécrétions prostatiques. Les autres jets contiennent principalement les sécrétions séminales beaucoup plus pauvres en spermatozoïdes. La pré éjaculation est marquée par une sécrétion le liquide par les glandes bulbo urétrale qui a pour but de lubrifier l’urètre pour que le sperme ne reste pas coller.
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1 : Testicule 2 : Canal épididymaire 3 : Canal déférent 5 : Vésicule séminale 6 : Canal éjaculateur 7 : Prostate 9 : Glandes bulbo urètrales (glandes de Cowper) 10 : Glandes urètrales (glandes de Littré) 11 : Urètre 12 : Vessie
III/ Cheminement des gamètes dans les voies génitales féminines
L’utérus s’ouvre par le col au fond de la cavité vaginale (le museau de tanche >_<). Le pH de la cavité vaginale est relativement acide, acide , car le glycogène est transformé par un bacille en acide lactique. La cavité est donc très hostile aux spermatozoïdes qui qui n’aiment pas mas alors pas du tout l’acide lactique. Quand les spermatozoïdes spermatozoïdes sont éjaculés dans la cavité vaginale, il y a deux cas possibles : - Soit la femme n’est pas en période d’ovulation et la glaire cervicale est très serrée et obstrue le col, ce qui fait que les spermatozoïdes spermatozoïdes ne peuvent pas passer et finissent f inissent par mourir - Soit la femme est en période période ovulatoire, ovulatoire, dans ce cas-là les mailles mailles de la glaire sont lâches et les spermatozoïdes peuvent passer. La glaire est t rès accueillante pour les spermatozoïdes puisqu’elle a un pH légèrement alcalin, elle les protège donc de l’acidité vaginale Si les conditions de fécondation sont favorables, sur les 120 à 300 millions de spermatozoïdes de l’éjaculait, plusieurs millions passent la glaire cervicale ; ils arrivent alors dans la cavité utérine, où ils subissent la re-capacitation : ils sont « lavés »du liquide séminal (retrouvent leurs pouvoirs fécondants). Les spermatozoïdes sont ensuite aspirés par vague successive (par plusieurs centaines) dans chaque trompe (les spermatozoïdes aspirés dans la trompe sans ovocyte seront éliminés par phagocytose). Les quatre parties des trompes utérines (ou oviducte) : - Intra-murale (dans le mur utérin) - Isthmique - Ampoule tubaire - Pavillonnaire
1 : Ovaire 2 : Ampoule tubaire 3 : Franges 4 : Trompe 5 : Partie ampoulaire de la trompe t rompe 6 : Myomètre 7 : Endomètre 8 : Cervix 9 : Portio 10 : Vagin 11 : Lig. Ovarii proprium 12 : Lig. Suspensorium ovarii
Les spermatozoïdes peuvent survivre environ 3 jours dans les voies génitales féminines. L’ovocyte L’ovocyte est libéré dans la cavité péritonéale, puis capter par le pavillon de la trompe et amener dans la région de l’ampoule l’ ampoule tubaire. Il peut survivre 12 à 24 h. h.
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IV/ Synchro Synchronisation nisation
Un rapport sexuel ne peut être fécondant que quelques jours chaque mois. Cela dépend du temps de survie des spermatozoïdes dans les voies génitales génitales de la femme, ainsi que de la durée de vie de l’ovocyte. Dans un cycle classique de 28 jours, l’ovulation a lieu au 14 ème jour : la fécondation est donc possible du 11 ème au 15ème jour jour (c’est (c’est la fenêtre de tir >_<). Cette constatation ne constitue pas une bonne méthode de contraception, car la date de l’ovulation peut varier d’un cycle à l’autre (« yen a qu’on essayer ils ont eu des problèmes »). V/ Conclusions pratiques
Des anomalies du nombre de chromosomes peuvent survenir au moment des différentes divisions de méiose ; l’ovocyte est notamment bloqué en prophase I pendant 14 à 50 ans, et subit donc un phénomène de vieillissement. Par exemple, le risque de donner naissance à un enfant trisomique 21 est beaucoup plus élevé après 35 -38 ans, ans , c’est pourquoi dans ce cas on effectue une amniocentèse pour vérifier le caryotype foetal. D’autre D’autre part, la stérilité peut être due : - À des anomalies de production des gamètes - À l’empêchement de la libération des gamètes - À des obstacles sur les voies génitales (infections, . . .) Pour pallier la stérilité, on a recours r ecours à des techniques de procréation médicalement assistée (AMP) telles que la fécondation in vitro (FIV) ou l’insémination artificielle. Différentes méthodes de contraception : - Empêcher la production d’ovocyte (ou plus tôt empêcher l’ovulation car les ovocytes eux sont déjà là) (pilule œstraux progestative) effectue un rétro contrôle négatif sur l’hypophyse donc pas de LH et FSH produite - Empêcher la production des spermatozoïdes (pilule masculine encore expérimentale) - Empêcher la rencontre des gamètes (abstention, préservatif, retrait. . .) - Empêcher les spermatozoïdes spermatozoïdes de rentrer ou de survivre dans la cavité utérine (stérilet…) (stérilet…) D’autres méthodes de contraception plus efficaces, mais irréversibl es ou difficilement réversibles existent : - Ligature des trompes chez la femme - Vasectomie chez l’homme
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