Spermatozoa dan Oogenesis

Blog Dokter Sobri

Spermatozoa dan Oogenesis

Organ reproduksi primer atau gonad, terdiri dari sepasang testis pada pria dan sepasang ovarium pada wanita. Pada kedua jenis kelamin, gonad matang melaksanakan fungsi ganda, yaitu : 1)menghasilkan gamet(gemetogenesis), yaitu spermatozoa(sperma) sebagai hasil spermatogenesis dan ovum sebagai hasil oogenesis dan 2) mengeluarkan hormone-hormon seks.¹ Pada pembahasan kali ini, kita akan lebih mendalami tentang gamtogenesisnya.

II.1 SPERMATOGENESIS

            Selama pembentukan embrio, sel germinal primordial bermigrasi ke dalam testis dan menjadi sel germinal imatur yang disebut spermatogonia yang berada di dua atau tiga lapis lapisan permukaan dalam tubuhlus seminiferus. Spermatogonia mulai mengalami pembelahan mitosis, yang dimulai saat pubertas, dan terus berproliferasi dan berdiferensisasi melalui berbagai tahap perkembangan untuk membentuk sperma

Spermatogenesis terjadi di tubulus seminiferus selama masa seksual aktif akibat stimulasi oleh hormon gonadotropik hipofisis anterior, yang dimulai pada masa pubertas yaitu  rata-rata pada umur 13 tahun dan terus berlanjut hampir seluruh di seluruh sisa kehidupan, namun sangat menurun pada usia tua, dimana efisiensi testis secara bertahap menurun setelah usia empat puluh sampai lima puluh tahun.^1,2

Pada setiap spermatogonium, satu dari ke-23 pasang kromosom mengandung informasi genetic yang menentukan jenis kelamin masing-masing anak. pasangan ini terdiri atas satu kromosm X(kromosom wanita) dan satu kromosom Y(kromososm pria). Selama pembelahan miosis, kromosom Y pria menuju sebuah spermatid yang kemudian menjadi sebuah sperma jantan, dan kromosom X wanita menuju spermatid lain yang akan menjadi sperma betina. Jenis kelamin anak ditentukan oleh kedua jenis sperma tersebut.

Spermatogonia yang terletak di lapisan paling luar tubulus secara terus menerus membelah dengan cara mitosis, dengan semua sel baru membawa empat puluh enam kromosom yang identik dengan sel induk. Proliferasi ini menghasilkan pasokan kontinu sel-sel germinativum baru. Setelah pembelahan mitosis spermatogonia, salah satu anak tetap berada di tepi luar tubulus sebagai spermatogonium yang tidak berdiferesnsiasi, dengan demikian mempertahankan lapisan sel germinativum. Sementara itu, sel-sel anak lainnya mulai bergerak kearah lumen sementara mengalami  berbagai tahapan yang diperlukan untuk membentuk sperma, yang akan dikeluarkan dari lumen. Pada manuisa, sel anak yang menghasilkan sperma membelah diri secara mitosis dua kali untuk membentuk empat spermatosit primer yang identik. Setelah pembelahan mitosis yang terakhir, spermatosit primer masuk ke fase istirahat selama kromosom mengalami duplikasi dan untai-untai ganda tetap bersatu sebagai persiapan untuk pembelahan meiosis pertama.

2.      Meiosis

è Selama meiosis, setiap spermatosit primer(dengan 46 kromosom ganda) membentuk dua spermatosit sekunder(masing-masing dengan 23 kromosom ganda) selama pembelahan meiosis pertama, yang akhirnya menghasilkan  emapt spermatid(masing-masing dengan 23 kromosom tunggal) sebagai hasil pembelahan meiosis kedua.

è Setelah tahapan spermatogenesis ini tidak lagi terjadi pembelahan sel. Setiap spermatid mengalami modifikasi menjadi spermatozoa. Karena setiap spermatogonia penghasil sperma secara mitosis menghasilkan empat spermatosist primer dan setiap spermatosit primer secara meiosis menghasilkan empat spermatid(bakal spermatozoa), rangkaian spermatogonik pada manusia secara teoritis menghasilkan enam belas spermatozoa setiap kali spermatogonium memulai proses ini. Namun, biasanya sebagain sel lenyap di berbagai tahapan perkembangan, sehingga efisiensi produktifitas jarang setinggi angka tersebut.

3.      Pengemasan

è Bahkan setelah meiosis, seara struktural spermatid masih mirip dengan spermatogonia yang belum berdiferensiasi, kecuali jumlah kromosomnya. Pembentukan spermatozoa yang dapat bergerak dan bersifat spesifik dari spermatid memerlukan remodeling ekstensif atau pengemasan(packaging), unsur-unsur  sel, suatu proses yang dikenal sebagai spermiogenesis. Sperma pada dasarnya adalah se-sel yang “dilucuti” dengan sebagain besar sitosol dan organel tidak diperlukan untuk tugas penyaluran informasi genetic sperma ke ovum disingkirkan.

Serangkaian perubahan yang menyebabkan transformasi spermatid menjadi spermatozoa disebut spermiogenesis.⁵ Perubahan-perubahan ini mencakup⁵ :

A) Pembentukan yang menutupi separuh permukaan nucleus dan mengandung enzim untuk membantu penetrasi telur dan lapisannya disekitarnya sewaktu fertilisasi

B) Pemadatan Nuklues

C) Pembentukan leher, bagain tengah dan ekor

D) Pembuangan sebagain besar sitoplasma

Sturktur spermatozoa

Masing–masing spermatozoa terdiri dari kepala , bagian tengah dan ekor. Kepala terdiri dari atas inti sel(nukleus) yang mengandung informasi genetik sperma dan akrosom, selubung kepala  yang terletak di bagian luar, dua pertiga anterior kepala.^1,2 Akrosom ini mengandung sejumlah enzim yang serupa dengan enzim yang ditemukan pada lisosom dari sel-sel yang khas, meliputi hialuronidase(yang dapat mencerna filament proteoglikan jaringan) dan enzim proteolitik yang sangat kuat(yang dapat mencerna protein). Enzim ini memainkan peranan yang penting sehingga memungkinkan sperma untuk memasuki ovum dan membuahinya.²

Ekor sperma (disebut juga dengan flagelum) yang keluar dari salah satu sentriol, memiliki tiga komponen utama, yaitu : 1) kerangka pusat yang dibentuk dari 11 mikrotubulus, yang secara keselurhan disebut aksonema, 2) membran sel tipis yang menutupi aksonema, dan 3) sekelompok mitokondria yang mengelilingi aksonema si bagian proksimal ekor( yang disebut badan ekor).¹ Mobilitas spermatozoa  dihasilkan oleh ekor yang terjadi akibat pergeseran ralatif mikrotubulus-mikrotubulus konstituennya, dijalankan oleh energi yang dihasilkan oleh mitokondria yang terkonsentrasi di bagian tengah. Energi untuk proses ini disuplai dalam bentuk adenosine trifosfat yang disintesis oleh mitokondria. Sperma normal bergerak dalam medium cair dengan kecepatan 1 sampai 4 mm/menit. Keepatan ini akan memungkinkan sperma untuk bergerak melalui traktus genitalia wanita untuk mencapai ovum.²

Faktor-Faktor Hormonal Yang merangsang Spermatogenesis

            Hormon memainkan peranan yang penting dalam spermatogenesis. Beberapa diantaranya adalah sebagai berikut :

1.      Testosteronàdisekresikan oleh sel leydig yang terletak di interstisium testis, penting bagi pertumbuhan dan pembelahan sel-sel germinal testis, yang merupakan tahap pertama pembentukan sperma.

2.      Luteinezing Hormonei(LH)à disekresikan oleh sel-sel kelenjar hipofisis anterior, merangsang sel-sel leydig untuk menyekresikan testosteron

3.      Hormon perangsang folikel(FSH)à juga disekresikan oleh kelenjar hipofisis anterior merangsang sel-sel sertoli, tanpa rangsangan ini pengubahan spermatid menjadi sperma tidak akan terjadi.

4.      Estrogenà dibentuk dari testosterone oleh sel sertoli ketika sel sertoli dirangsang oleh FSH, mungkin juga penting untuk spermiogenesis

5.      Hormon pertumbuhanà (dan sebagian hormone tubuh lainnya) diperlukan untuk mengatur latar belakang fungsi metabolisme testis. Hormon pertumbuhan secara spesifik meningkatkan pembelahan awal spermatogonia itu sendiri, bila tidak terdapat hormone pertumbuhan, seperti pada dwarfisme hipofisis, spermatogenesis sangat berkurang atau tidak ada sama sekali sehingga menyebabkan infertilitas.

Pematang Sperma di Epididimis

Setelah terbentuk di tubulus seminiferus, sperma membtuhkan waktu beberapa hari untuk melewati tubulus epididimis yang panjangnya  6 meter. Sperma yang bergerak dari tubulus seminiferus dan dari bagian awal epididimis merupakan sperma yang tidak motil, dan tidak dapat membuahi ovum. Akan tetapi, setelah sperma berada dalam epididimis selama 18-24 jam, sperma memiliki kemampuan motilitas, walaupun beberapa inhibitor protein dalam cairan epidididmis masih mencegah motilitas akhir sampai setelah ejakulasi.²

Penyimpanan Sperma

            Dua testis orang dewasa membentuk sperma dengan jumlah mencapai 120 juta perhari. Sejumlah kecil sperma ini dapat disimpan dalam epididimis, namun sebagian besar disimpan di vas deferens. Sperma tersebut dapat tetap disimpan sehingga fertilitasnya dapat dipertahankan paling tidak selama sebulan. Selama waktu tersebut, sperma-sperma itu dijaga pada keadaan yang sangat inaktif oleh berbagai zat inhibitor yang terdapat dalam sekresi duktus. Sebaliknya, pada aktivitas seksual dan ejakulasi yang tinggi, penyimpanan dapat berlangsung tidak lebih dari beberapa hari.²

            Setelah ejakulasi, sperma menjadi motil, dan juga mampu membuahi ovum, suatu proses yang disebut pematangan. Sel-sel sertoli dan epitel epididimis menyekresikan suatu cairan nutrisi khusus yang diejakulasikan bersama dengan sperma. Cairan ini mengandung hormon(meliputi testosterone dan estrogen). Enzim-enzim, dan nutrisi khusus yang sangat penting untuk pematangan sperma.²

Fisiologi Sperma yang Matang

            Sperma yang normal dan motil dan infertile, mampu menggerakan flagel melalui medium cair dengan kecepatan kira-kira 1-4 mm/menit. Aktivitas sperma sangat meningkat dalam suatu medium yang netral dan sedikit basa, seperti yang terdapat di dalam semen yang diejakulasi, namun sangat menurun dalam medium yang sedikit asam. Suatu medium yang sangat asam dapat mematikan sperma yang cepat.²

            Aktivitas sperma meningkat nyata bersamaan dengan peningkatan suhu, namun kecepatan metabolismenya juga ikut meningkat, sehingga umur sperma berkurang. Walaupun sperma dapat hidup selama beberapa minggu dalam duktus genetalia testis pada keadaan inaktif, harapan hidup sperma dalam ejakulat di traktus genetalia wanita hanya 1-2 hari.²

II.2 OOGENESIS

Pematangan Oosit Dimulai Sebelum Lahir

            Pada wanita genetik, setelah tiba di gonad sel germinativum primotdial berdiferensiasi menjadi oogonia. Perhatikan gambar di bawah ini

            Sel-sel oogonia mengalami sejumlah pembelahan mitotik, dan pada akhir bulan ketiga sel-sel ini tersusun dalam kelompok-kelompok yang dikelilingi oleh suatu lapisan sel epitel gepeng. Sementara semua oogonia dalam satu kelompok mungkin berasal dari satu sel, sel epitel gepeng yang dikenal sebagai sel folikular, berasal dari sipetl permukaan yang menutupi ovarium.⁵

            Sebagian besar oogonia terus membelah dengan mitosis, tetapi sebagian diantaranya terhenti pembelahannya pada tahap profase meiosis I dan membentuk oosit primer selama beberapa bulan kemudian, jumlah oogonia meningkat pesat, dan pada akhir bulan kelima perkembangan prenatal, jumlah total sel germinativum di ovarium mencapai maksimal, diperkirakan berjumlah 7 juta. Pada waktu ini, sel-sel mulai mati, dan banyak oogonia serta oosit pimer menjadi atretik. Pada bulan ketujuh sebagian besar oogonia telah mengalami degenerasi kecuali beberapa yang terletak dekat permukaan. Ssemua oosit perimer yang bertahan hidup telah masuk ketahap profase meiosis I, dan sebagian besar diantaranya masing-masing dibungkus oleh satu lapisan sel epitel gepeng. Oosit primer bersama dengan sel epitel gepeng di sekitarnya, dikenal sebagai folikel primordial.⁵

Pematangan Oosit Berlanjut Saat Pubertas

            Menjelang kelahiran, semua oosti primer telah memulai profase meiosis I, tetapi sel-sel tidak melanjutkan pembelahan ke tahap metaphase namun masuk ke stadium diploten, suatu tahap istirahat selama profase yang ditandai oleh adanya jala-jala kormatin. Oosit primer tetap tertahan di profase dan tidak menuntaskan pembelahan meiotic pertama mereka sebelum pubertas tercapai. Keadaan tertahan ini ditimbulkan oleh oocyte maturation inhibition(OMI), suatu peptide kecil yang dikeluarkan oleh sel folikular. Jumlah total oosit primer saat lahir diperkirakan bervariasi dai 600.000 sampai 800.000. Selama masa anak-anak, sebagian besar oosit menjadi atretik, hanya sekitar 400.000 yang ada pada permukaan pubertas, dan kurang dari 500.000 yang akan diovulasikan. Sebagian oosit yang mencapai kematanggan pada tahap kehidupan lanjut telah erada dalam keadaan dorman pada stadium diploten pembelajan meiotic I selama 40 tahun atau lebih sebelum ovulasi.⁵

            Saat pubertas, terbentuk cadangan folikel yang terus tumbuh dan dipertahankan oleh pasokan folikel primordial. Setiap bulan, 15-20 folikel yang terpilih dari cadangan tersebut memulai proses pematangan, melewati 3 stadium : 1) primer atau preantral, 2) sekunder atau antral, dan 3) preovulsi(folikel de Graaf).

            Sewaktu oosit primer mulai tumbuh, sel-sel folkel disekitar berubah dari gepeng menjadi kuboid dan berproliferasi untuk membentuk epitel berlapis, yaitu sel granulose. Sel granulose terletak pada membrane basalis yang memisahkan sel ini dari sel stroma di sekitarnya yang membentuk teka folikuli. Sel-sel granulose juga mengeluarkan satu lapisan glikoprotein dipermukaan oosit, membentuk zona pelusida. Sewaktu folikel terus tumbuh, sel-sel teka folikuli tersusun membentuk satu lapisan dalam sel sekretorik, teka interna, dan kapsul fibrosa di bagian luar, teka eksterna.

            Seiring dengan berlanjutnya perkembangan, muncul rongga-rongga terisi cairan di antara sel-sel granulose. Penyatuan ruangan-ruangan ini menghasilkan antrum, dan folikel ini dinamai folikel sekunder. Pada awalnya antrum berbentuk bulan sabit, tetapi seiring dengan waktu, ruangan ini membesar. Sel granulose yang mengelilingi oosit tetap utuh dan membentuk cumulus ooforus. Setelah matang folikel dapat mencapai  garis tengah 25 mm atau lebih.

            Pada setipa siklus ovarium, sejumlah folike lmulai berkembang, tapi biasanya hanya satu yang mencapai kematangan sempurna. Yang lain berdegenerasi menjadi atretik. Ketika folikel  telah matang, lonjakan LH akan memicu fase pertumbuhan preovulasi. Sesaat sebelum ovulasi(preovulasi), Meiosis I tertuntaskan sehingga terbentuk dua sel anak dengan ukuran berbeda, masing-masing dengan 23 kromosom ganda. Satu sel, oosit sekunder mendapat sebagian besar besar sitoplasma, yang lain ,badan polar pertama, hampir tidak mendapat sitoplasma sama sekali. Badan polar pertama terletak dianatara zona pelusida dan membrane sel oosit sekunder di ruang perivitelina. Sel kemudian masuk ke meiosis II tetapi terhenti pada tahap metaphase sekita 3 jam sebelum ovulasi. Meiosis II diselesaikan hanya  jika oosit dibuahi, jika tidak sel akan mengalami degenerasi sekitar 24 jam setelah ovulasi. Badan polar petama juga akan mengalami pembelahan kedua,

            Dapat kita simpulkan bahwa gametogensis merupakan tahapan yang harus dilalui sel germinativum primordial untuk manjadi matang sebagai persiapan untuk fertilisasi.

DAFTAR PUSTAKA

1. Sherwood, L. Fisiologi manusia dari sel ke sistem. Edisi ke-2. Jakarta; EGC. 2001.Hal: 699-702

2. Guyton AC, Hall CE. Fungsi Reproduksi dan Hormonal Pria. In : Hall CE, editor. Textbook of Medical Physiology. 11^th  edition. Philadelphia : Elsevier Saunders, 2006. P1048-1051

3. Griffith WF. William’s Gynecology. United State: McGraw-Hill company, Inc;2008.(ebook)

4. Padubidri VG, Daftary SN. Shaw’s Textbook of Gynecology. 15^th Ed. (ebook)

5. Sadler TW. Langman;s Medical Embriology, 10^thEd. USA:Lippincot Williams & Wilikins;2006. P: 28-35

Regards

Blog Dokter Sobri