Сперматогенез є безперервним процесом реплікації і складного перетворення щодо недиференційованих диплоїдних стовбурових клітин в високоспеціалізовані рухливі гаплоїдні клітини.
Далі гаплоїдні гамети повинні придбати здатність проходити по жіночого статевого тракту і запліднити яйцеклітину. Цей вкрай складний процес, який наразі триває в статевих шляхах, знаходиться під строгим контролем гормонів гіпоталамо-гіпофізарної системи і яєчок і, таким чином, залежить від стану ендокринних органів, особливо мозку.
Тому не дивно, що фактори зовнішнього середовища можуть пошкоджувати розвиток зародкових клітин, діючи на різних рівнях і різними шляхами. Це робить зрозумілим необхідність продукції настільки величезної кількості сперматозоїдів (близько 2 х 108 в добу і 2 х 1012 за все життя), при тому, що для запліднення яйцеклітини (що відбувається менш ніж 10 разів за все життя) необхідний тільки один з них.
Теоретично хімічні речовини можуть пошкоджувати сперматогенез на будь-якій стадії від пролиферирующих сперматогонієв до зрілих сперматозоїдів. В общем-то, токсичні ефекти можуть приводити до летального та сублітального пошкодження клітин або до зміни їх генетичного апарату (що не обов'язково виключає одне одного). На спермограмме видно дані зміни.
летальних пошкоджені клітини гинуть або всередині епітеліального шару, або в просвіті сім'яних канальців. Загибель клітин на місці відбувається шляхом некрозу (неконтрольованого лізису і неспецифічного виходу клітинного вмісту назовні) або апоптозу (фізіологічного процесу запрограмованої клітинної смерті з розпадом приреченою клітини на дрібні апоптотичні тільця, які потім фагоцитируются клітинами Сертолі).
Апоптоз сперматогенного клітин залишає сусідні зародкові клітини або клітини Сертолі інтактними. Нещодавно показано, що такі токсичні для яєчок речовини, як метоксіуксусная кислота (МУК), або такі несприятливі фізіологічні умови, як відсутність гонадотропінів, діють головним чином шляхом індукції апоптозу. Є дані про роль системи Fas — Fas-ліганд в опосередкування індукованого деякими токсинами апоптозу у гризунів. Згідно запропонованої моделі, клітини Сертолі конститутивно експресують Fas-ліганд, що включає механізм апоптозу зародкових клітин, на яких під впливом апоптогенних сигналу експресується рецептор Fas. Але поки неясно, експресується чи Fas-ліганд клітинами Сертолі людини, і значення цієї моделі залишається невизначеним. До іншим генам, які, мабуть, беруть участь у апоптозу чоловічих зародкових клітин, відносяться р53, Bcl-2.
Нещодавно отримані дані, що свідчать про зовсім іншій ролі апоптозу зародкових клітин. У потомстві щурів-самців, яким вводили циклофосфамід, з'являються особини з вродженими аномаліями. При цьому ступінь апоптозу зародкових клітин у цих щурів виявилася зниженою. Таким чином, апоптоз не тільки опосередковує токсичні впливи на чоловічу репродуктивну систему, але його ослаблення може позначатися на вертикальній передачі мутацій.
При несмертельної пошкодженні зародкових клітин або відбувається репарація, які структурні або функціональні дефекти зберігаються в зрілих сперматозоїдах, що створює можливість передачі таких дефектів наступним поколінням. Вважається, що наслідки хронічних впливів малих доз токсичних речовин передаються від батька потомству більш часто, ніж наслідки сильних і гострих впливів. Такі наслідки проявляються зазвичай великими морфологічними аномаліями плодів, але деякі специфічні дозові режими призводять до розвитку у потомства раку. Вважають, що це пов'язано або з придушенням апоптозу, або з індукцією нестабільності генома. Відсутність даних про відповідні ефекти у людини не дозволяє оцінити їх клінічне значення.
Про репарації негенетических пошкоджень зародкових клітин практично нічого не відомо, а що стосується ДНК, то хоча її репарація відбувається, конкретні механізми цього процесу теж слабо вивчені. Прийнято вважати, що здатність ДНК до репарації знижується на стадії подовження сперматід і практично відсутній в сперматозоїдах. Це надає клітинам велику чутливість до дії таких факторів, як опромінення і алкилирующие речовини, хоча прогресуюча конденсація хроматину при подовженні сперматід може забезпечувати деякий захист.
