第二节    受精生理

一、受孕的条件

排卵、受精、着床，是组成人体妊娠过程的三个基本环节，必须环环相扣，经过一个非常复杂的过程才能受孕。因此正常妊娠的实现，需要男女双方具备一定的条件。中医学早在《女科正宗·广嗣总论》中就概括地指出：“男精壮而女经调，有子之道也。”

男方则应具备以下几项必要条件：①要有正常的睾丸功能，也即睾丸必须制造足够数量、形态正常、活动力良好的健康而成熟的精子。同时还要分泌足够的雄激素，以保持生殖器官的正常功能。②精子能够储存并能运输到体外。因为精子在睾丸内制成后，必须经过附睾、输精管和射精管才能由尿道排出体外，所以这些输精管道必须通畅无阻。③精子必须能够送入女性的生殖道内，这一点有两个方面的含义，其一是要有健全的性功能，阴茎能充分勃起而进入阴道，精子经尿道排出后能进入女性生殖道；其二是指可以用人工授精的方法将精子送入阴道。④没有其他因素的干涉，如免疫因素等。使精子能在女方生殖道中顺利上行并与卵子结合，完成受精过程。

女方则应具备以下几个条件：①卵巢能有规律地产生和排出健康、成熟的卵子，并分泌正常量的雌、孕激素，使其有正常的生殖器官及其功能；②输卵管正常通畅，并具有良好的分泌功能和拾卵及对卵子或受精卵的正常运送能力；③宫颈管及宫颈粘液具有良好的功能，对精子的通过起保护和筛选作用。④阴道畅通，并能使精子在阴道内有合适足够存活的时间。⑤子宫内膜必须有适宜受精卵着床和维持发育的内分泌变化和环境，才能有利胚胎的形成。

以上所讲的男女双方有关几点，如果某一环节发生障碍，就会导致不孕或不育。

二、受精过程

（一）卵子的摄取与运输

1.卵子的摄取

卵子由卵巢排出后进入输卵管的因素有输卵管负压吸引、输卵管肌肉及其附属韧带的收缩、纤毛的摆动三种学说。但目前并无直接证据足以说明输卵管内有负压存在。目前认为卵子是借助于输卵管肌肉与韧带的收缩和纤毛摆动的协同作用而被摄入输卵管。有人认为输卵管伞部肌肉活动的增强，不但能与卵巢直接接触，还能“按摩”卵巢表面，从而导致卵泡排卵。由于性交前的调情活动，如刺激或按摩乳房等反射性地引起催产素的释放，催产素又可直接刺激输卵管收缩。因此，性交活动亦可导致排卵和刺激输卵管的摄卵。据文献报道，有一侧仅有输卵管，对侧仅有卵巢的妇女曾受孕。从而说明输卵管不但可以在同侧的卵巢中摄取排出的卵子，还可从后陷凹中摄取对侧卵巢排出的卵子。

2.卵子在输卵管内的运输

卵子被摄入输卵管伞部后，由于输卵管肌肉的蠕动和同向纤毛摆动，迅速将卵子输送至输卵管——壶腹连接处。峡——壶腹连接处虽无括约肌存在，但因峡部肌肉肥厚，且环形肌中有大量α和β肾上腺能受体，在排卵时，由于雌激素水平处于高峰，促进α-肾上腺素能活动增强，从而引起峡部肌肉收缩而出现峡部闭锁，使卵子暂时受阻于该处，通过显微外科手术证实，壶腹部的纤毛摆动是输送卵子所不可缺少的，而峡部纤毛的运动对孕卵的输送并无重要作用。

（二）精子的运行与获能

1.精子的运行

（1）精子在男性生殖道内的运行：成年人的精子由支持细胞释放到曲细精管管腔，直到通过射精由尿道外口排出体外，需要在男性生殖管道内经历约6米长的管道。

曲细精管节律性地收缩可促使精子从曲细精管输送到直细精管、睾丸网和输出小管。据研究认为催产素能提高曲细精管的收缩频率。

由于曲细精管内的静水压比附睾头部低，所以精子从睾丸网转运到附睾内必须依靠动力，这种动力来源于环绕于曲细精管外周的肌样细胞或是睾丸白膜的收缩作用。

精子在附睾内转运有下列动力因素：附睾管内的静水压梯度；附睾管上皮细胞的纤毛沿着管壁输出方向的摆动所产生的动力，导致附睾液的流动；附睾管的自身蠕动收缩。

至于精子是如何离开附睾并通过输精管，至今尚无确切的定论。Pabst认为精子的运行包括下列因素：精子持续地由附睾输向输精管，所以射精前输精管已有精子存在；泄精期收缩波从尿道开始延向附睾端；附睾端管腔收缩防止液体返流；管腔内液压增加，肌肉的强烈反射性收缩将液体送入壶腹部；精液随着射精时一系列的肌肉收缩而排出体外。

（2）精子在女性生殖道内的运行：妇女在性交后30分钟，即能在输卵管出现精子，表明精子从阴道迅速到达输卵管。这说明射精后精子在女性生殖道内的运行并非单纯依靠精子自身运动而与其他许多因素有关。实验证明，精子的运行是受神经-体液的调控。

精液进入女性生殖道，其运行可分三期。第一期快速的短程运行：精液射入阴道后穹窿的精液池中，由于凝结酶的作用，约一分钟即成胶冻样物质，这样使精液不致流出体外，又保护精子免受酸性阴道液的破坏。几分钟内，在酶的作用下，又完全液化。有些精子在射精后1.5-3分钟通过子宫颈管到达子宫颈内口，继而作快速运动到受精部位。一般精子只作尾部的摆动前进，大约每分钟推进2-3mm。这说明精子从阴道迅速进到输卵管除自身的活动外，还须依靠女性生殖道各部的协同作用。阴道、宫颈、子宫、输卵管的生理和生化功能活动对精子的运输都起着重要的作用。性交可反射性引起阴道和子宫的收缩，加速精子的运行。实验证明雌激素、前列腺素，能促进精子的运行。尤其是精液中含有大量的前列腺素，会刺激子宫的收缩，一缩一弛，可能造成子宫负压而将精子吸入宫腔内。第二期精子在贮存区凝集，宫颈粘液中的微胶粒将精子引向宫颈陷窝，大量精子被禁锢于此处的复合粘膜皱壁中，保护精子免受白细胞的吞噬，形成一个精子的贮存区。进贮存区的精子越多，到达输卵管的精子也越多，贮存区越大，输卵管内保留相当数量精子的时间越长，因此可以增加受精机会。以上说明宫颈对精子运行起着重要作用，似为控制不同量精子进入子宫的生物学阀门（选择性屏障）。第三期缓慢释放与运行：具有相当数量精子的贮存区，在女性生殖道内建立后，精子可在较长时间内持续释放，加上精子自身的活动力及子宫肌和输卵管肌的收缩，可以保证持续不断地供精子，进入输卵管壶腹使卵子受精。

综上所述，一次射精虽然能排出数亿个精子，而运行到输卵管腔中只有100-200个，约99％以上在女性生殖道中死亡。其中大部分在阴道酸性环境中死亡，有的被白细胞吞噬，有的被抗精子抗体灭活，亦有少量进入腹腔。根据实验证明，精子在阴道内存活时间不超过6小时。虽然在性交后5天左右，仍能在宫颈粘液中发现活动的精子，但精子的受精能力比其活动能力消失得早。一般认为，精子在女性生殖道内受精能力大约只能维持48小时。

2.精子的获能

刚射出的精子不能与卵子结合受精，必须在女性生殖道中孵育一段时间，然后才能获得受精能力。但是精液中有某些“去能因子”，能抑制精子的受精能力，这过程称为“去能”。去能作用是可逆的，“去能因子”是使精子受精能力发生暂时的抑制。精液中的“去能因子”，是一种顶体酶抑制物，与顶体酶结合，使酶失去活性。

当精子在女性生殖道中移行时，逐渐离开精浆，“去能因子”的作用被解除，精子恢复受精能力。这过程称为“获能”。女性生殖道中的获能因子可能是由α和β淀粉酶组成的，尤其是β淀粉酶能水解由糖蛋白组成的“去能因子”，从而使顶体酶系从“去能因子”的结合状态下解脱出来，使酶的活性恢复，使精子能穿透卵子外面各层，发生受精。人体内精子获能的部位是子宫和输卵管，可能子宫是比较重要的获能部位。

另外，卵泡液也具有使精子获能的能力。卵泡愈是成熟，作用愈强。

获能时精子膜的变化：精子在获能时精子膜的变化十分明显，表现为精子膜对钙离子通透性的增加，使精子内钙离子浓度升高，增加精子尾部的鞭打运动；麦芽糖凝集素和刀豆球蛋白受体从顶体后移；ATP酶被激活；精子表面负电荷下降；精子膜表面cAMP受体与子宫液中cAMP结合，使顶体酶的不稳定性增加；精子膜流动性增加，便于精子与卵子的融合。

获能后的精子去除了表面覆盖物，暴露了精子膜表面与卵子相识别的位点，使受精成为可能。

（三）精子的顶体反应

顶体是类似溶酶体的一种结构，含有许多水解酶，如透明质酸酶、顶体素、蛋白酶、磷脂酶、穿透放射冠酶等。其中透明质酸酶和顶体素在受精过程中最为重要。

顶体反应是紧接着获能而出现的。这一概念首先由Bedford提出。所谓顶体反应，即是受精前精子发生的一个形态变化。这一过程包括顶体膜的空泡化以及顶体内容物的释放。通常在精子与卵细胞相接触时，精子头部的浆膜与顶体外膜之间形成局部点状融合，然后形成许多囊泡，即顶体膜的空泡化。继而融合处两层膜出现孔隙，最后导致顶体内酶的释放。

一般认为卵细胞的透明带是诱发产生顶体反应的主要因素。此外，Caz+、K+、Na+、pH值均必须达到一定程度才能发生顶体反应。如缺少Ca2+即使有透明带也不能诱发顶体反应。顶体反应发生时有大量Ca2+内流。有人认为内流的Ca2+可直接或间接地激活顶体素原转变为顶体素。顶体素又激活磷脂酶，将精子膜上的磷脂分解为溶血磷脂和脂肪酸，这两种物质可促进精子的浆膜和顶体外膜的融合。在哺乳动物中，“顶体反应”为精子通过透明带不可缺少的过程。

（四）受精过程

当一个获能的精子进入一个次级卵母细胞的透明带时，标志着受精过程的开始，到卵原核和精原核的染色体融合在一起，则受精过程完成。

1.精子穿透卵细胞膜的过程：精子必须在顶体反应的基础上穿过卵细胞膜。当一个卵子被许多精子包围时，这些精子释放放射冠穿透酶，使透明带外面的颗粒细胞脱落，并在透明质酸酶的作用下使放射冠基质分解，随后在蛋白水解酶的作用下，精子头部顶端的穿孔器先钻入透明带，以后整个精子进入卵细胞与透明带的间隙中。

精子穿过透明带后，精子中段与卵细胞膜融合，再向后延伸，包括精子的尾部；顶部最晚进入卵细胞，最后全部精子埋入卵细胞浆中。

2.卵细胞的皮质反应：电镜下可看到未受精的卵细胞膜下面的表层细胞质中有许多皮质颗粒，每个颗粒都有一层膜包裹。在精子穿入卵细胞后，随之发生所谓“皮质反应”，其特征是皮质的颗粒包膜逐渐与卵细胞膜融合，而把皮质颗粒和卵细胞皮层的一部分排入卵外间隙。有人认为“皮质反应”使透明带变质，使透明带以外的精子不能再穿入，正在穿入透明带的其他精子被固定在透明带内，以保证只有一个精子进入卵细胞。

3.精原核与卵原核的形成：精子进入卵细胞后，它的尾部脱落，头部的核膜消失，留下一个含有半数染色体的裸核，核内经过DNA的合成和浓缩，形成新的染色体，又出现核仁、核和新的核膜，最后形成精原核。

精子进入卵细胞后，刺激卵细胞的分裂，原来停滞于第二次成熟分裂中期的次级卵母细胞，很快发生后期与末期分裂，形成成熟卵子和几乎不含胞浆的第二极体。第二极体被排到卵外间隙。至此，卵子的两次成熟分裂完成，成熟卵子的细胞核含有22个常染色体与一个X染色体。两个原核的形成约需12小时。

4.两个原核的融合：两个原核逐渐移到卵细胞的中央而相会，此时，核膜消失，核仁亦消失，来自两个原核的染色体，混合在一起，形成一个含有46条染色体的细胞，称为受精卵或合子。

以上即是受精过程。受精过程不仅恢复了染色体的数目，而且是父母双亲遗传的基础，不但决定合子的性别，而且受精过程刺激合子进行一系列细胞分裂。孕卵在受精后数小时内，即开始有丝分裂，形成两个裂球。

三、受精卵的发育与运行

（一）受精卵的发育

受精卵的发育包括第一次有丝分裂、桑椹胚形成和胚泡的形成。

1.第一次有丝分裂：受精后24-36小时经过第一次有丝分裂发育为双细胞。这期间两个细胞如果分散开，每个分裂球都有发育成一个完整胚胎的潜在能力。约30％的单卵双胎都是由于受精卵在两个细胞阶段分裂开来而形成的。

2.桑椹胚形成：以后每12小时分裂一次，72小时后发育成一个由12-16个细胞组成的实心桑椹胚，它仍在透明带内。桑椹胚的每个细胞比未经分裂的卵细胞小得多，而整个胚的大小与未受精的卵细胞差不多，所以能在输卵管内顺利通行。

3.胚泡形成：孕卵受精96小时后有16-32个细胞。此时在细胞团中央出现囊腔，因而被称为胚泡。胚泡一端有一团细胞集聚，称为内细胞团，这是将来发育成胚胎的部分。其余包围在外面的一薄层细胞是滋养叶细胞。受精后的第5天，胚泡已经进入子宫，并已脱离透明带的约束。它有108个细胞，其中100个细胞为滋养叶细胞，内细胞团的胚细胞仅有8个，但较滋养叶细胞大。

滋养叶细胞的重要功能，有下列几方面：使胚泡能固定于子宫内膜上；控制进入胚泡的物质；如着床被延缓时，滋养叶细胞膜能控制胚泡内的蛋白质代谢；协助胚泡从透明带中逸出；形成合体滋养层时能侵入子宫内膜间质；可能是母亲和胎儿之间的免疫屏障；最后发育成胎盘，有分泌各种蛋白与甾体激素的功能。

（二）受精卵的运行

受精卵的运行是和它的分裂同时进行的，受精卵第1天停留于输卵管壶腹部，随着排卵后黄体分泌的孕酮水平上升，兴奋β受体或抑制α-受体，从而使峡部肌肉放松，约在第2天受精卵进入峡部。在峡部约停留2天，并发育成桑椹胚。第4天桑椹胚进入子宫。受精卵与桑椹胚没有活动能力，其运行受输卵管上皮的纤毛和管壁的平滑肌所控制，输卵管的活动又受神经体液机制的调节。胚泡进入宫腔后即逐渐脱离透明带的约束，可以直接从子宫内膜分泌液中吸取营养。透明带不带电荷，可以避免胚泡过早着床。胚泡在子宫内停留约2-3天，在受精后第6-8天开始着床。胚泡的发育必须与子宫内膜的发育变化相同步；如胚泡过早或过晚到达子宫腔，都将影响着床。着床后胚囊将进一步发育。

四、孕卵着床

孕卵着床是指一个发育着的胚泡，植入母体子宫内膜的过程。着床是胎生动物生殖生理的一个重要环节。有关着床生理的研究，对解决不孕的治疗和计划生育问题有重要意义。

（一）子宫内膜的准备

在每个有排卵的月经周期中，子宫内膜都有接受孕卵的准备，包括宫腔上皮、腺上皮和间质的改变。子宫内膜变化的高潮，相当于胚泡发育到与子宫接触的阶段，子宫内膜处在能接受胚泡（所谓“种植窗”）的时间不长，当内膜有充分准备而宫腔内不存在发育着的胚泡时，内膜就不能继续增殖而发生退行性变化。此时可有大量细胞死亡，并形成碎片，将随经血排出体外。如果子宫内有胚泡存在，则子宫内膜将进一步发生各种变化，形成胎盘的一部分。

1.着床前子宫内膜的变化：主要表现为细胞增殖、分泌活动出现和血供增加。排卵后子宫腔上皮变成一个能吸附胚泡的表面，电镜下可见表皮细胞上有许多指状突起，可能有吸附胚泡的作用。内膜腺体开始分泌一种粘多糖，可能有协助供应胚泡营养物质的作用。间质细胞分化成为蜕膜样细胞，为着床后形成胎盘作好准备。子宫内膜的血管也随着内膜的增殖而增长，变得弯曲，呈螺旋状，为孕卵着床作好血液供应的准备。

2.子宫内膜的蜕膜反应：虽然排卵后子宫内膜就有明显的改变，但孕卵着床后内膜的蜕膜变化更为加快。间质细胞变大，呈多角形，细胞排列整齐，呈石块镶嵌状。电镜下可看到子宫蜕膜有3种不同细胞。①小细胞：含胞浆较少，属于尚未分化的细胞；②中等细胞：胞浆中含丰富的糖原和脂类物质；③大细胞：细胞的胞浆呈斑点状，富有核糖体和线粒体，核较小，核膜较致密。在蜕膜细胞之间可见到PAS染色阳性、抗淀粉酶的沉积物。它们在胞浆内沉积后，释放到细胞周围。这些物质形成囊样结构，包围着蜕膜细胞，被认为有保护蜕膜细胞不受滋养叶细胞侵犯的作用。

3.子宫内膜的代谢：卵泡期子宫内膜的代谢特点是蛋白质合成与酶活性增加，细胞新生和组织增生；排卵后，在孕酮的作用下，使子宫内膜为孕卵的着床准备好营养物质和适宜的组织“床”。孕卵接触内膜时，子宫内膜的代谢发展到高峰。氧的消耗、需氧酵解、琥珀酸、乳酸和苹果酸脱氢酶、细胞色素酶和三磷酸腺苷的活性都发展到顶点。在早孕期，由于粘多糖的分解聚合，使间质中的胶质松解而改善血管通透性，有利于营养和代谢物质的流动和交换。

（二）着床过程

1.着床时间：受精卵在输卵管中运行3-4天进入宫腔。在宫腔内游离2-3天，并形成胚泡。着床时间一般在受精后6-8天。

2.着床部位：多数孕卵是在三角形宫腔上部的前后壁上着床，偶而在宫腔侧方。如在子宫下段着床，则有可能形成前置胎盘。孕卵着床均有极性，即总是以内细胞团的一端首先与子宫内膜接近。着床点多数处在几个内膜腺体开口之间的宫腔上皮上，与内膜间质和螺旋小动脉小分支的末端距离很近。

3.孕卵的附着：透明带解体后，内细胞团周围的滋养层细胞分裂很快，形成一个囊，包围着内细胞团。内细胞团附近滋养层细胞上，有许多纤毛样突起。这些突起与子宫腔上皮的纤毛样突起形成犬牙交叉式的衔接。这种吸附现象，有人认为是胚泡和内膜表面上的电荷相吸；另有人认为在胚泡一端的表面上有粘性物质，使它粘在内膜表面。两种假设都未得到证实。

4.孕卵的植入：胚泡附在子宫内膜表面后，很快伸入子宫内膜，上皮细胞染色变浅，细胞膜消失。胚泡与上皮粘连面又向四周扩大，形成一个小洞，滋养层细胞在胚盘下面形成一个厚的实性盘，此时内细胞团已分化成内胚叶和外胚叶，并有一个小小的羊膜囊。

大约在受精后的第九天，滋养层开始分化。靠近胚囊的细胞，具有细胞膜，细胞较大，染色浅，称细胞滋养层；向子宫内膜深处发展的滋养层细胞，为多核的合体滋养层。

合体滋养层穿透基底膜后进入间质，间质中有能源和氧供应，使滋养层很快发育。在合体滋养层中出现一些腔隙，称绒毛腔隙。由于合体滋养层的破坏，内膜血管末端与腔隙相通使母体血流入腔隙。母血进入腔隙后，可把滋养层的分泌物吸收到母血时，变卵巢黄体为妊娠黄体。随着滋养层的增殖、分枝，形成更多的腔隙，使母一胎之间物质交换的面积增加。约在受精后12天，子宫内膜表面由孕卵着床而造成的创口被四周宫腔上皮完全修复。此时，孕卵被埋在肥厚的蜕膜层内而受到保护。这就是着床过程的终了。

（三）着床原理

最新研究表明，多数学者认为着床原理与下列因素有关：①透明带解体是着床的先决条件；②子宫内膜在卵巢激素的调节下发生变化，为孕卵着床提供良好的内膜环境；③子宫内膜的在身致敏性才使内膜接受胚泡的着床；④被活化的胚泡对子宫内膜着床的刺激，使子宫内膜血管扩张，使间质细胞发生巨大变化，以适应胚泡着床的需要；⑤胚泡的激活；⑥垂体-下丘脑亦参与着床过程的调节。