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By Professeur Allan Pacey BSc, PhD, FRCOG – Université de Sheffield

Pour une conception réussie, les spermatozoïdes doivent effectuer le plus remarquable des voyages dans le corps des hommes et des femmes. C’est un voyage que les scientifiques ne sont parvenus que récemment à comprendre en détail, avec de nouvelles découvertes en permanence. Cet article présente nos connaissances actuelles et explique ce qui fait un sperme gagnant, mais aussi pourquoi la majorité des spermatozoïdes n’y arrivent jamais.

Le voyage des spermatozoïdes commence à l’intérieur des testicules. Les mâles commencent à produire des spermatozoïdes au début de la puberté, vers 12 ou 13 ans. C’est un processus qui nécessite une température légèrement plus fraîche, c’est pourquoi les testicules sont suspendus à l’extérieur du corps des hommes. Ce n’est pas non plus un processus rapide : la production de spermatozoïdes prend environ 70 jours. Le nombre exact de spermatozoïdes qui sortent de la chaîne de production est également essentiel pour déterminer la fertilité de chaque homme.

En termes simples, plus les testicules d’un homme sont gros, plus le nombre de spermatozoïdes produits par unité de temps est important. Cela s’explique par le fait qu’à l’intérieur de testicules plus gros, il y a plus de cellules précurseurs de spermatozoïdes (appelées spermatogonies) qui se divisent et se multiplient et vont ensuite fabriquer de nouveaux spermatozoïdes. Il y a également plus de labyrinthes complexes de tubes et de cellules nourricières qui sont essentiels à la production de spermatozoïdes. Tout simplement, plus l’usine est grande, plus la quantité de spermatozoïdes produits est importante.

environ 1 000 spermatozoïdes sortent de la chaîne de production à chaque battement de cœur

Chez un homme fertile typique, environ 1 000 spermatozoïdes sortent de la chaîne de production à chaque battement de cœur. Cependant, avant d’être enfin prêts à être libérés, les spermatozoïdes passent d’abord une semaine ou plus à travers un long tube sinueux appelé épididyme. C’est là que des touches finales leur sont apportées, notamment des modifications aux molécules présentes à leur surface qui leur seront utiles lorsqu’ils atteindront l’ovule. En outre, il y a aussi quelques « réglages » de la machinerie de la queue qui les aideront à mieux nager le moment venu.

Une fois que les spermatozoïdes quittent l’épididyme, ils peuvent rester vivants, sains et immobiles pendant plusieurs semaines dans le corps de l’homme sans être libérés. Les hommes ont la capacité de stocker plusieurs milliards de spermatozoïdes, mais si les spermatozoïdes sont stockés trop longtemps, alors ils peuvent commencer à dégénérer et à mourir. Il s’agit d’un processus naturel conçu pour éliminer les vieux spermatozoïdes. Cependant, si l’éjaculation n’est pas fréquente, les spermatozoïdes plus anciens qui dégénèrent peuvent endommager les nouveaux spermatozoïdes qui quittent l’épididyme. Par conséquent, les scientifiques recommandent aux hommes d’éjaculer tous les deux ou trois jours pour maintenir le réservoir de sperme dans un état optimal.

Lorsque l’éjaculation se produit enfin, environ 250 millions des spermatozoïdes stockés sont propulsés par des contractions musculaires dans un tube appelé le canal déférent, puis dans le tube qui descend dans le pénis (l’urètre) et qui mène finalement au monde extérieur. Ce sont les contractions musculaires qui contribuent à la sensation d’orgasme que les hommes ressentent pendant les rapports sexuels. En général, il y a plusieurs jets de liquide à l’extrémité du pénis au moment de l’orgasme. La majorité des spermatozoïdes se trouvent dans la première giclée, la deuxième et la troisième contenant du liquide provenant de la prostate et d’autres structures appelées vésicules séminales. C’est alors que les spermatozoïdes commencent à nager pour la première fois.

Une fois à l’intérieur du vagin, les spermatozoïdes doivent s’échapper rapidement s’ils veulent survivre. De façon peut-être surprenante, l’environnement du vagin est assez acide. Il s’agit d’un mécanisme de défense important pour protéger le corps des femmes contre les attaques des bactéries et des virus dans la vie quotidienne. Cependant, à la suite d’un rapport sexuel, ces acides tueraient également rapidement les spermatozoïdes si les fluides de la prostate et des vésicules séminales ne leur offraient pas une certaine protection.

Par conséquent, dans ces quelques minutes qui suivent immédiatement l’éjaculation, ce sont les spermatozoïdes les plus rapides, les plus sains ou tout simplement les plus chanceux qui ont suffisamment de temps pour nager hors du vagin et atteindre la sécurité relative du col de l’utérus. Les spermatozoïdes lents, difformes ou malchanceux restent dans le vagin et meurent rapidement. Le col de l’utérus d’une femme agit comme un filtre étonnant et il est facile de voir comment les hommes qui produisent trop peu de « spermatozoïdes pénétrant le mucus » peuvent avoir des difficultés à mettre leur partenaire enceinte et peuvent donc souffrir d’infertilité en conséquence.

seulement environ 1 sur 100 des spermatozoïdes éjaculés dans le vagin parviendront jamais à la sécurité relative du col de l’utérus

En règle générale, les scientifiques pensent que seulement environ 1 sur 100 des spermatozoïdes éjaculés dans le vagin parviendront jamais à la sécurité relative du col de l’utérus. Toutefois, pour compliquer les choses, cela dépend également du profil hormonal de la femme et de la proximité de la libération d’un ovule par ses ovaires. Ce n’est que dans les quelques jours précédant immédiatement l’ovulation que la glaire cervicale de la femme permet aux spermatozoïdes d’entrer. En dehors de cette fenêtre fertile, même les spermatozoïdes les plus forts et les plus rapides trouveront impossible de pénétrer à l’intérieur.

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Pénétrer dans le col de l’utérus n’est cependant que le tout début du voyage d’un spermatozoïde dans le corps d’une femme. L’étape suivante consiste à traverser l’utérus et à pénétrer dans l’une des trompes de Fallope. Bien qu’il s’agisse d’un voyage d’environ 10 ou 12 centimètres seulement, il y a un certain nombre de dangers le long du chemin.

Le premier obstacle pour les spermatozoïdes qui réussissent à entrer dans l’utérus est de savoir s’ils doivent aller à gauche ou à droite. En effet, les femmes ont deux trompes de Fallope (une de chaque côté) mais comme un seul de ses ovaires libère un ovule au cours d’un mois donné, les spermatozoïdes doivent nager dans la bonne. Faire son chemin dans une trompe de Fallope vers un ovaire qui ne va pas libérer d’ovule serait un voyage gaspillé ! Heureusement, pour augmenter les chances que les spermatozoïdes y parviennent, le corps de la femme vient à la rescousse.

Brièvement, à mesure que l’ovule se rapproche de sa libération par l’ovaire, certaines des hormones produites pour favoriser la croissance de l’ovule entrent également dans le sang de la femme. Ces muscles déclencheurs dans la paroi de l’utérus la plus proche commencent à se contracter rythmiquement vers le haut, déplaçant lentement les spermatozoïdes vers l’entrée de la trompe de Fallope du même côté. Parce que les muscles de l’autre côté (qui ne cultive pas un ovule) reçoivent moins d’hormones, ils ne se contractent pas autant, ce qui signifie que les spermatozoïdes ne vont généralement pas dans cette direction.

Cependant, arriver à l’ouverture d’une des trompes de Fallope de la femme, du côté de son corps d’où l’ovule est sur le point d’apparaître, n’est qu’une partie du voyage. Ici, le corps de la femme a un autre tour dans son sac. Bien que l’entrée de la trompe de Fallope soit une minuscule ouverture large de quelques têtes de spermatozoïdes seulement, elle agit comme une valve qui ne laisse entrer que certains spermatozoïdes. Cela signifie à nouveau que le corps de la femme sélectionne les spermatozoïdes pour s’assurer que seuls les meilleurs s’approchent de l’ovule.

Les scientifiques pensent que les spermatozoïdes sont sélectionnés pour entrer dans les trompes de Fallope de deux manières. Premièrement, certaines expériences ont montré que si les spermatozoïdes nagent de manière trop erratique, alors ils ne peuvent pas entrer à l’intérieur. Les spermatozoïdes qui nagent ainsi sont en fin de vie et sont peut-être exclus parce qu’ils ne vivront pas assez longtemps pour trouver un ovule. Deuxièmement, il semblerait que les spermatozoïdes portant certaines molécules à leur surface ne puissent pas non plus pénétrer dans la trompe de Fallope. On ne sait pas exactement comment cela fonctionne, mais cela montre une fois de plus que n’importe quel spermatozoïde ne peut pas faire le voyage. Sur les nombreux millions de spermatozoïdes qui ont été éjaculés dans le vagin, seuls peut-être une centaine parviennent jusqu’ici !

Une fois à l’intérieur des trompes de Fallope, les spermatozoïdes sont dans un endroit relativement sûr par rapport au reste de leur voyage jusqu’ici. Ici, le corps féminin les aide à survivre et à rester dans un état sain jusqu’à ce que l’ovule soit prêt à être libéré. Par exemple, plusieurs études suggèrent aujourd’hui qu’à l’intérieur des trompes de Fallope, les spermatozoïdes ont tendance à se coller aux parois internes par le bout de leur tête. Des études ont montré que les spermatozoïdes qui collent ont tendance à vivre plus longtemps et à avoir un ADN de meilleure qualité dans leur tête que les spermatozoïdes qui ne le font pas.

Certains scientifiques pensent que lorsque les spermatozoïdes se fixent et collent aux parois latérales de la trompe de Fallope, cela donne au corps de la femme un signal pour dire que les spermatozoïdes sont enfin arrivés. D’autres ont suggéré qu’une fois les spermatozoïdes collés, de nouvelles molécules sont produites par les cellules qui tapissent l’intérieur de la trompe de Fallope, ce qui peut finalement aider à la fécondation ou au développement de l’embryon. S’il est difficile d’en être sûr, une chose est claire : si les spermatozoïdes veulent féconder un ovule, ils doivent se libérer des parois latérales dès que celui-ci apparaît.

On ne sait pas exactement combien de temps les spermatozoïdes peuvent rester collés aux parois latérales de la trompe de Fallope. Mais pour s’arracher, ils augmentent le battement de leur queue pour leur donner une poussée supplémentaire. Ce type de nage est appelé hyperactivation et il est très important dans ces étapes finales du voyage d’un spermatozoïde.

Une fois libérés des parois latérales, les spermatozoïdes doivent ensuite se frayer un chemin dans la trompe de Fallope en direction de l’ovaire afin de trouver un ovule qui arrivera bientôt dans l’autre sens. La façon dont ils font cela n’est pas complètement claire, mais implique probablement l’un ou les deux mécanismes suivants :

Premièrement, à l’intérieur de la trompe de Fallope, il y a probablement un changement subtil de température qui se produit une fois que l’ovule est libéré de l’ovaire. Des expériences menées en laboratoire suggèrent que les spermatozoïdes sont « positivement thermotaxiques », ce qui signifie qu’ils nagent de préférence vers un endroit plus chaud. Il a été suggéré qu’après l’ovulation, il fait un ou deux degrés Celsius de plus au milieu de la trompe de Fallope (où l’œuf finira par arriver), de sorte que les spermatozoïdes s’y dirigeront naturellement.

Deuxièmement, il a également été suggéré que les spermatozoïdes sont capables de détecter des signaux chimiques subtils, émis par l’œuf une fois qu’il est libéré de l’ovaire ou qui sont libérés par l’ovaire en même temps que l’œuf (peut-être dans le fluide qui baigne l’œuf en croissance). La réponse des spermatozoïdes à ces signaux est appelée chimiotaxie et, si elle est vraie, elle constituera un puissant facteur d’attraction pour guider les spermatozoïdes vers l’ovule.

Il est probable que seule une demi-douzaine de spermatozoïdes parviennent jusqu’ici!

D’une façon ou d’une autre, l’un ou les deux de ces mécanismes serviront à s’assurer qu’il y a quelques spermatozoïdes présents au milieu de la trompe de Fallope à temps pour que l’ovule apparaisse. Ceci est important car, par rapport aux spermatozoïdes, l’ovule n’a qu’une durée de vie limitée et, une fois libéré de l’ovaire, il devra être fécondé en quelques heures pour que la conception ait lieu. Il est donc essentiel que les spermatozoïdes arrivent au bon endroit dans la trompe de Fallope avant l’arrivée de l’ovule. Cependant, il est probable que seule une demi-douzaine de spermatozoïdes parviennent jusqu’ici!

Par rapport aux spermatozoïdes, l’ovule est une cellule assez grande – la plus grande du corps humain. De plus, il est libéré de l’ovaire entouré d’un nuage de cellules appelé le cumulus à travers lequel les spermatozoïdes doivent d’abord pénétrer avant de pouvoir atteindre et entrer en contact avec la surface de l’ovule. Pour aider les spermatozoïdes à traverser le cumulus, ils doivent à nouveau utiliser le style de nage erratique et frénétique (hyperactivation) qu’ils utilisaient pour s’arracher aux parois latérales de la trompe de Fallope.

À ce stade du voyage des spermatozoïdes, il n’y a peut-être qu’un ou deux spermatozoïdes proches de l’ovule et ayant une chance de le féconder. Cependant, pour les spermatozoïdes qui réussissent, il reste encore un obstacle à franchir : comment pénétrer dans l’ovule une fois qu’ils ont atteint la surface de celui-ci. Dans une certaine mesure, le battement de queue hyperactivé qui a aidé le spermatozoïde à se libérer des parois latérales de la trompe de Fallope et à traverser le nuage de cellules cumulus l’aidera également. Mais pour une aide supplémentaire, il y a un sac d’enzymes tout en haut de la tête du spermatozoïde qui éclate une fois que le spermatozoïde gagnant entre en contact avec la surface extérieure de l’ovule.

Les enzymes aident à dissoudre la membrane extérieure de l’ovule et, en combinaison avec les puissants coups de queue, aident le spermatozoïde à pénétrer dans l’ovule et à y pénétrer. Une fois que cela est réalisé, il y a alors une réaction chimique immédiate à l’intérieur de l’œuf qui durcit soudainement la membrane de l’œuf et empêche les autres spermatozoïdes de le suivre. Si deux spermatozoïdes venaient à féconder l’ovule, celui-ci contiendrait alors trop de chromosomes et dans la confusion qui en résulterait, le développement de l’embryon ne pourrait pas se produire.

Au cours des quelques heures qui suivent, la queue du spermatozoïde se détache (celle-ci reste à l’extérieur) et les chromosomes à l’intérieur de la tête du spermatozoïde se séparent et s’alignent avec ceux de l’ovule pour commencer le processus de formation d’un nouvel individu. A ce stade, le voyage du spermatozoïde est terminé, mais celui de l’embryon ne fait que commencer.

Voyez comment se déroule la course du spermatozoïde gagnant dans notre infographie

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