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von Professor Allan Pacey BSc, PhD, FRCOG – University of Sheffield

Für eine erfolgreiche Empfängnis müssen die Spermien eine bemerkenswerte Reise durch den Körper von Männern und Frauen machen. Es ist eine Reise, die Wissenschaftler erst seit kurzem in allen Einzelheiten verstehen können, wobei ständig neue Entdeckungen gemacht werden. Dieser Artikel gibt einen Überblick über unseren derzeitigen Wissensstand und erklärt, was ein erfolgreiches Sperma ausmacht, aber auch, warum die meisten Spermien es überhaupt nicht schaffen.

Die Reise der Spermien beginnt im Inneren der Hoden. Männer beginnen mit Beginn der Pubertät im Alter von etwa 12 oder 13 Jahren, Spermien zu produzieren. Es ist ein Prozess, der eine etwas kühlere Temperatur erfordert, weshalb die Hoden außerhalb des männlichen Körpers hängen. Und es geht auch nicht schnell: Die Produktion von Spermien dauert etwa 70 Tage. Wie viele Spermien genau produziert werden, ist auch entscheidend dafür, wie fruchtbar ein Mann ist.

Einfach ausgedrückt: Je größer die Hoden eines Mannes sind, desto mehr Spermien werden pro Zeiteinheit produziert. Das liegt daran, dass es in größeren Hoden mehr Vorläuferzellen (Spermatogonien genannt) gibt, die sich teilen und vermehren und neue Spermien produzieren. Außerdem gibt es dort mehr der komplizierten Labyrinthe von Röhren und Ammenzellen, die für die Produktion von Spermien entscheidend sind. Ganz einfach: Je größer die Fabrik, desto größer die Menge der produzierten Spermien.

Bei jedem Herzschlag laufen etwa 1.000 Spermien vom Band

Bei einem typischen fruchtbaren Mann laufen etwa 1.000 Spermien bei jedem Herzschlag vom Band. Bevor sie jedoch zur Freisetzung bereit sind, durchlaufen die Spermien zunächst noch etwa eine Woche lang eine lange, gewundene Röhre, die Nebenhoden. Hier wird ihnen der letzte Schliff verpasst, u. a. durch Modifikationen der Moleküle auf ihrer Oberfläche, die ihnen letztlich helfen, die Eizelle zu erreichen. Außerdem wird die Maschinerie des Schwanzes so verändert, dass die Spermien besser schwimmen können, wenn es soweit ist.

Wenn die Spermien die Nebenhoden verlassen, können sie mehrere Wochen lang lebendig, gesund und unbeweglich im Körper des Mannes bleiben, ohne freigesetzt zu werden. Männer haben die Fähigkeit, viele Milliarden Spermien zu speichern, aber wenn Spermien zu lange gelagert werden, können sie anfangen zu degenerieren und sterben. Dies ist ein natürlicher Prozess, der dazu dient, alte Spermien zu entsorgen. Wenn jedoch nicht oft ejakuliert wird, können ältere, degenerierte Spermien neuere Spermien, die die Nebenhoden verlassen, beschädigen. Daher empfehlen Wissenschaftler, dass Männer alle zwei oder drei Tage ejakulieren, um das Spermareservoir in optimalem Zustand zu halten.

Wenn die Ejakulation schließlich stattfindet, werden etwa 250 Millionen der gespeicherten Spermien durch Muskelkontraktionen durch einen Schlauch, den Vas deferens, und dann in die Röhre, die den Penis hinunterführt (die Harnröhre), geschleudert, die schließlich zur Außenwelt führt. Die Muskelkontraktionen tragen zu dem Orgasmusgefühl bei, das Männer beim Geschlechtsverkehr erleben. In der Regel treten beim Orgasmus mehrere Spritzer Flüssigkeit aus dem Penisende aus. Die meisten Spermien befinden sich im ersten Strahl, während der zweite und dritte Strahl Flüssigkeit aus der Prostata und anderen Strukturen, den Samenblasen, enthält. Jetzt beginnen die Spermien zum ersten Mal zu schwimmen.

In der Vagina angekommen, müssen die Spermien schnell entkommen, wenn sie überleben wollen. Es mag überraschen, dass die Umgebung der Vagina ziemlich sauer ist. Dies ist ein wichtiger Abwehrmechanismus, der den weiblichen Körper im Alltag vor Angriffen durch Bakterien und Viren schützt. Nach dem Geschlechtsverkehr würden diese Säuren jedoch auch die Spermien schnell abtöten, wenn die Flüssigkeiten aus der Prostata und den Samenblasen ihnen nicht einen gewissen Schutz bieten würden.

Daher haben in den wenigen Minuten unmittelbar nach der Ejakulation die schnellsten, gesündesten oder einfach nur glücklichsten Spermien genug Zeit, um aus der Scheide in die relative Sicherheit des Gebärmutterhalses zu schwimmen. Langsame, deformierte oder unglückliche Spermien bleiben in der Scheide zurück und sterben schnell ab. Der Gebärmutterhals der Frau wirkt wie ein erstaunlicher Filter, und es ist leicht zu verstehen, dass Männer, die zu wenige „schleimdurchdringende Spermien“ produzieren, Schwierigkeiten haben, ihre Partnerin zu schwängern, und deshalb unter Unfruchtbarkeit leiden können.

Nur etwa 1 von 100 der in die Vagina ejakulierten Spermien wird es jemals in die relative Sicherheit des Gebärmutterhalses schaffen

Als allgemeine Faustregel gehen Wissenschaftler davon aus, dass nur etwa 1 von 100 der in die Vagina ejakulierten Spermien es jemals in die relative Sicherheit des Gebärmutterhalses schaffen wird. Um die Sache noch komplizierter zu machen, hängt dies jedoch auch vom Hormonprofil der Frau ab und davon, wie kurz sie vor der Freisetzung einer Eizelle aus ihren Eierstöcken steht. Nur in den wenigen Tagen unmittelbar vor dem Eisprung lässt der Zervixschleim der Frau Spermien ins Innere. Außerhalb dieses fruchtbaren Zeitfensters ist es selbst für die stärksten und schnellsten Spermien unmöglich, ins Innere zu gelangen.

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Das Eindringen in den Gebärmutterhals ist jedoch nur der Anfang der Reise eines Spermiums durch den Körper der Frau. Der nächste Schritt ist der Weg durch die Gebärmutter und in einen der Eileiter. Obwohl es sich um eine Reise von nur etwa 10 oder 12 Zentimetern handelt, gibt es auf dem Weg dorthin eine Reihe von Gefahren.

Die erste Hürde für Spermien, die erfolgreich in die Gebärmutter eindringen, ist die Frage, ob sie nach links oder rechts gehen sollen. Das liegt daran, dass Frauen zwei Eileiter haben (einen auf jeder Seite), aber da nur einer ihrer Eierstöcke in jedem Monat ein Ei freisetzt, müssen die Spermien in den rechten schwimmen. Der Weg durch den Eileiter zu einem Eierstock, der keine Eizelle freisetzen wird, wäre eine vergebliche Reise! Um die Chancen der Spermien zu erhöhen, kommt der Körper der Frau zur Hilfe.

Wenn die Eizelle sich der Freisetzung aus dem Eierstock nähert, gelangen einige der Hormone, die für das Wachstum der Eizelle produziert werden, in den Blutkreislauf der Frau. Diese lösen Muskeln in der Wand der Gebärmutter aus, die der Eizelle am nächsten ist, und ziehen sich rhythmisch nach oben zusammen, wodurch die Spermien langsam und sanft zum Eingang des Eileiters auf der gleichen Seite bewegt werden. Da die Muskeln auf der anderen Seite (auf der keine Eizelle heranwächst) weniger Hormone erhalten, ziehen sie sich nicht so stark zusammen, so dass die Spermien im Allgemeinen nicht in diese Richtung wandern.

Der Weg bis zur Öffnung eines der Eileiter der Frau auf der Seite ihres Körpers, auf der die Eizelle entstehen soll, ist jedoch nur ein Teil der Reise. Hier hat der Körper der Frau noch einen weiteren Trick in petto. Obwohl der Eingang des Eileiters eine winzige, nur wenige Spermienköpfe breite Öffnung ist, wirkt er wie ein Ventil, das nur bestimmte Spermien durchlässt. Das wiederum bedeutet, dass der Körper der Frau die Spermien so auswählt, dass nur die besten in die Nähe der Eizelle gelangen.

Wissenschaftler glauben, dass die Spermien auf zwei Arten ausgewählt werden, um in den Eileiter zu gelangen. Erstens haben einige Experimente gezeigt, dass Spermien, die zu unruhig schwimmen, nicht in den Eileiter gelangen können. Spermien, die so schwimmen, nähern sich dem Ende ihres Lebens und werden daher vielleicht ausgeschlossen, weil sie nicht lange genug leben werden, um eine Eizelle zu finden. Zweitens gibt es Hinweise darauf, dass auch Spermien mit bestimmten Molekülen auf ihrer Oberfläche nicht in den Eileiter gelangen können. Wie das genau funktioniert, ist unklar, aber auch hier zeigt sich, dass nicht jedes Spermium die Reise schaffen kann. Von den vielen Millionen Spermien, die in die Vagina ejakuliert wurden, schaffen es nur vielleicht hundert bis hierher!

Im Eileiter angekommen, befinden sich die Spermien im Vergleich zum Rest ihrer bisherigen Reise an einem relativ sicheren Ort. Hier hilft der weibliche Körper ihnen zu überleben und gesund zu bleiben, bis die Eizelle bereit ist, freigesetzt zu werden. So deuten mehrere Forschungsstudien darauf hin, dass die Spermien im Inneren der Eileiter dazu neigen, mit der Spitze ihres Kopfes an den Innenwänden zu kleben. Studien haben gezeigt, dass Spermien, die an der Spitze haften, länger leben und eine bessere DNA-Qualität haben als Spermien, die nicht haften.

Einige Wissenschaftler glauben, dass, wenn Spermien an den Seitenwänden des Eileiters haften, dies dem Körper der Frau ein Signal gibt, dass die Spermien endlich angekommen sind. Andere vermuten, dass die Zellen, die das Innere des Eileiters auskleiden, neue Moleküle produzieren, die letztlich zur Befruchtung oder zur Entwicklung des Embryos beitragen können, sobald die Spermien festsitzen. Eines ist jedoch klar: Wenn die Spermien eine Eizelle befruchten sollen, müssen sie sich von den Seitenwänden lösen, sobald diese erscheint.

Wie lange die Spermien an den Seitenwänden des Eileiters kleben bleiben können, ist unklar. Aber um sich loszureißen, erhöhen sie den Schlag ihres Schwanzes, um ihnen zusätzlichen Schub zu geben. Diese Art des Schwimmens wird als Hyperaktivierung bezeichnet und ist in dieser letzten Phase der Reise eines Spermiums sehr wichtig.

Sobald sie sich von den Seitenwänden befreit haben, müssen die Spermien ihren Weg durch den Eileiter in Richtung des Eierstocks fortsetzen, um eine Eizelle zu finden, die in Kürze in die andere Richtung kommen wird. Wie sie dies tun, ist nicht ganz klar, aber wahrscheinlich ist einer der folgenden Mechanismen beteiligt:

Erstens gibt es im Inneren des Eileiters wahrscheinlich eine subtile Temperaturveränderung, die auftritt, sobald das Ei aus dem Eierstock freigesetzt wird. Experimente im Labor deuten darauf hin, dass Spermien „positiv thermotaktisch“ sind, das heißt, sie schwimmen bevorzugt zu einem wärmeren Ort. Es wurde vermutet, dass es nach dem Eisprung in der Mitte des Eileiters (wo die Eizelle schließlich ankommt) ein oder zwei Grad Celsius wärmer ist, so dass die Spermien natürlicherweise dorthin schwimmen.

Zweitens wurde auch vermutet, dass die Spermien in der Lage sind, subtile chemische Signale zu erkennen, die entweder von der Eizelle abgegeben werden, sobald sie aus dem Eierstock freigesetzt wird, oder die gleichzeitig mit der Eizelle aus dem Eierstock freigesetzt werden (vielleicht in der Flüssigkeit, die die wachsende Eizelle umspült). Die Reaktion der Spermien auf diese Signale wird als Chemotaxis bezeichnet, und wenn dies zutrifft, ist es ein starker Lockstoff, der die Spermien zur Eizelle führt.

Wahrscheinlich schaffen es nur ein halbes Dutzend Spermien so weit!

So oder so, einer oder beide dieser Mechanismen sorgen dafür, dass sich einige wenige Spermien in der Mitte des Eileiters befinden, wenn das Ei erscheint. Dies ist wichtig, da die Eizelle im Vergleich zu den Spermien nur eine begrenzte Lebensdauer hat und nach der Freisetzung aus dem Eierstock innerhalb weniger Stunden befruchtet werden muss, wenn eine Empfängnis stattfinden soll. Deshalb ist es wichtig, dass die Spermien an die richtige Stelle im Eileiter gelangen, bevor die Eizelle dort ankommt. Allerdings schafft es wahrscheinlich nur ein halbes Dutzend Spermien bis dorthin!

Im Vergleich zu den Spermien ist die Eizelle eine ziemlich große Zelle – die größte im menschlichen Körper. Außerdem wird sie aus dem Eierstock freigesetzt, umgeben von einer Zellwolke, dem sogenannten Kumulus, durch den die Spermien erst hindurchdringen müssen, bevor sie die Eioberfläche erreichen und mit ihr in Kontakt treten können. Um den Spermien zu helfen, den Kumulus zu durchdringen, müssen die Spermien wieder den unberechenbaren und frenetischen Schwimmstil (Hyperaktivierung) anwenden, den sie benutzt haben, um sich von den Seitenwänden des Eileiters loszureißen.

An diesem Punkt der Reise der Spermien befinden sich vielleicht nur ein oder zwei Spermien in der Nähe der Eizelle und haben eine Chance, sie zu befruchten. Für die erfolgreichen Spermien gibt es jedoch noch eine weitere Hürde: Wie können sie ins Innere der Eizelle gelangen, sobald sie die Eioberfläche erreicht haben? Bis zu einem gewissen Grad hilft auch hier der hyperaktivierte Schwanzschlag, der den Spermien geholfen hat, sich von den Seitenwänden des Eileiters zu befreien und durch die Wolke der Kumuluszellen zu gelangen. Aber als zusätzliche Hilfe gibt es einen Beutel mit Enzymen an der Spitze des Spermienkopfes, der platzt, sobald das siegreiche Spermium mit der äußeren Oberfläche der Eizelle in Berührung kommt.

Die Enzyme helfen, die äußere Membran der Eizelle aufzulösen, und in Kombination mit den kräftigen Schwanzstößen helfen sie dem Spermium, in die Eizelle einzudringen und ins Innere zu gelangen. Sobald dies gelungen ist, kommt es im Inneren der Eizelle zu einer sofortigen chemischen Reaktion, die die Eihülle plötzlich verhärtet und andere Spermien daran hindert, ihr zu folgen. Würden zwei Spermien die Eizelle befruchten, enthielte die Eizelle zu viele Chromosomen, und in dem daraus resultierenden Durcheinander würde die Entwicklung des Embryos scheitern.

In den folgenden Stunden löst sich der Spermienschwanz ab (er bleibt draußen), und die Chromosomen im Spermienkopf trennen sich und reihen sich an die der Eizelle, um den Prozess der Bildung eines neuen Individuums zu beginnen. Zu diesem Zeitpunkt ist die Reise des Spermiums beendet, aber die Reise des Embryos hat gerade erst begonnen.

Sehen Sie in unserer Infografik, wie der Wettlauf der siegreichen Spermien abläuft

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