Sistema riproduttivo maschile: funzioni, ormoni testicolari


Le funzioni riproduttive nel maschio sono caratterizzate da tre aspetti fondamentali: (1) la spermatogenesi, ossia la produzione degli spermatozoi; (2) l'esecuzione dell'atto sessuale e (3) la regolazione delle funzioni sessuali da parte degli ormoni secreti dai testicoli. Gli effetti di questi ormoni sui caratteri sessuali secondari, sul metabolismo cellulare, sull'accrescimento e su altre funzioni corporee sono tutti strettamente associati alle funzioni riproduttive maschili.

Anatomia funzionale degli organi sessuali maschili

Le varie parti che compongono l'apparato riproduttivo maschile sono illustrate nella Figura 80.1 A, mentre la struttura dettagliata del testicolo e dell'epididimo e' riportata nella Figura 80.1B. Nel testicolo si trovano fino a 900 tubuli seminiferi, avvolti su se stessi e ciascuno lungo in media oltre 50 cm, nei quali vengono prodotti gli spermatozoi. Questi passano poi nell'epididimo, un altro condotto tortuoso, lungo circa 6 m. L'epididimo si continua nel vaso deferente che, immediatamente prima di entrare nella ghiandola prostatica, presenta una dilatazione che costituisce l'ampolla del vaso deferente.
Le due vescichette seminali, ciascuna posta su uno dei due lati della prostata, sboccano all'estremita' prostatica dell'ampolla. Il contenuto dell'ampolla e quello della vescichetta seminale vengono riversati nel dotto eiaculatorio, che attraversa la prostata per sboccare nell'uretra interna. Anche i dotti prostatici sboccano nel dotto eiaculatore.
L uretra rappresenta, infine, l'ultimo tratto della via che mette in comunicazione il testicolo con l'esterno. Il muco presente nell'uretra, viene prodotto sia dalle numerose piccole ghiandole uretrali sparse lungo tutto il suo decorso, sia dalle due ghiandole bulbouretrali (o ghiandole di Cowper), situate, una per lato, in prossimita' dell'origine dell'uretra.

Spermatogenesi

Durante la formazione dell'embrione, le cellule primordiali germinative migrano nei testicoli dove formano gli spermatogoni, cellule germinative immature, che si dispongono in duetre strati sulla superficie interna del tubulo seminifero, rappresentato in sezione nella Figura 80.2A. Alla puberta', gli spermatogoni sono soggetti a mitosi e continuano a proliferare e a differenziarsi, passando attraverso stadi evolutivi ben definiti, fino a formare gli spermatozoi, come illustrato nella Figura 80.2B.

Fasi della spermatogenesi

La spermatogenesi avviene nei tubuli seminiferi nel c della vita sessualmente attiva, a partire in media dall'e 13 anni, quando cominciano a diventare efficaci gli stii degli ormoni gonadotropi prodotti dall'adenoipofisi. Quprocesso continua per quasi tutto il resto della vita, anche se diminuisce nettamente nella vecchiaia.
Nel primo stadio della spermatogenesi, gli spermatogoni migrano tra le cellule di Sertoli dirigendosi verso il centro del tubulo seminifero, fino a essere completamente avvolti dalle profonde pliche del citoplasma frastagliato di queste cellule.

Meiosi

Gli spermatogoni, attraversata la barriera della parte basale dello strato delle cellule di Sertoli, si modificano progressivamente e si ingrandiscono fino a formare i grossi spermatociti primari (Figura 2). Ciascuno di questi spermatociti si divide poi in due spermatociti secondari e, dopo pochi giorni, anche questi elementi si dividono formando gli spermatidi che danno poi origine agli spermatozoi. Durante la trasformazione da spermatocita a spermatide i 46 cromosomi (23 paia) si dividono, 23 vanno in uno spermatide e 23 nell'altro. In questo processo, ovviamente, anche i geni vanno incontro a divisione, per cui la meta' del patrimonio genetico dell'embrione derivera' dal padre e l'altra meta' verra' fornita invece dall'oocita materno. La durata di tutto il processo, dalla cellula germinale alla formazione dello spermatozoo, richiede circa 74 giorni.

Cromosomi sessuali

In ogni spermatogonio, solo una delle 23 coppie di cromosomi porta l'informazione genetica che stabilisce il sesso dell'eventuale prole. Questa coppia e' costituita da un cromosoma X, detto cromosoma femminile, e da un cromosoma Y, indicato anche come cromosoma maschile. Nel corso della divisione meiotica, i cromosomi del sesso si distribuiscono tra le cellule figlie in modo tale che meta' degli spermatozoi saranno spermatozoi maschili, portatori cioe' del cromosoma Y e l'altra meta' sara' invece costituita da spermatozoi femminili, che contengono il cromosoma X. A seconda di quale di questi due tipi di spermatozoi andra' a fecondare l'uovo, la progenie sara' di sesso maschile o femminile. L'argomento verra' affrontato nuovamente nel Capitolo 82.

Formazione degli spermatozoi

Quando si formano, gli spermatidi hanno ancora l'aspetto tipico di cellule epitelioidi, ma ben presto cominciano ad assumere la tipica forma allungata dello spermatozoo, che, come illustrato nella Figura3, e' costituito da una testa e da una coda. Nella testa si trova il nucleo condensato della cellula, il quale e' circondato soltanto da uno strato molto sottile formato dal citoplasma e dalla membrana cellulare. Sulla superficie esterna dei 2/3 anteriori della testa vi e' l'acrosoma, che e' un cappuccio piuttosto spesso che si forma principalmente dall'apparato di Golgi. L'acrosoma contiene diversi enzimi, analoghi a quelli presenti nei lisosomi, quali la ialuronidasi, che digerisce i filamenti di proteoglicani dei tessuti, e potenti enzimi proteolitici, che servono per la digestione delle proteine. Tutti questi enzimi svolgono importanti funzioni nel processo di fecondazione dell'uovo da parte dello spermatozoo.
La coda dello spermatozoo, o flagello, e' formata da tre componenti principali: (1) uno scheletro centrale, costituito da 11 microtubuli, chiamato assonema, la cui struttura e' simile a quella delle ciglia, gia' descritta nel Capitolo 2; (2) una sottile membrana, che lo riveste e che e' un'estensione della membrana cellulare; (3) una serie di mitocondri che circondano la porzione prossimale della coda, detta corpo della coda.

Struttura dello spermatozoo dell'uomo.

Lo spermatozoo normale si muove in linea retta, a i velocita' di l4mm/min che gli consente di migrare nel tri genitale femminile per andare alla ricerca dell'uovo.

Fattori ormonali che stimolano la spermatogenesi

Le funzioni degli ormoni nella riproduzione saranno considerate piu'' avanti; a questo punto, pero', e' opportuno prendi in esame gli ormoni che svolgono una parte essenziale nella spermatogenesi. Essi sono elencati di seguito.
1. Il testosterone, secreto dalle cellule di Leydig del tessuto interstiziale del testicolo (si veda la Figura 80.1 e' essenziale per lo sviluppo e la divisione delle cellule germinali, che e' la prima delle tappe che portano al formazione degli spermatozoi.
2. L'ormone luteinizzante, secreto dall'ipofisi anterior stimola le cellule di Leydig a secernere testosterone.
3. L'ormone follicolostimolante, prodotto anch'esso dall'ipc fisi anteriore, stimola le cellule di Sertoli. Senza quesl stimolazione, il processo della spermiogenesi, cioe' 1 conversione degli spermatidi in spermatozoi, non pu avvenire.
4. Gli estrogeni, formati a partire dal testosterone dall cellule di Sertoli sotto l'azione stimolante dell'ormone follicolostimolante, sono probabilmente anch'ess essenziali per la spermiogenesi.
5. L'ormone della crescita, la cui azione e' necessaria, unita mente a quella di molti altri ormoni, perche' le funzion metaboliche di base del testicolo si svolgano correttamente. Esso promuove, in particolare, la divisione degL spermatogoni; in sua assenza, come nel nanismo ipofisario, la spermatogenesi e' fortemente compromessa o e' del tutto assente.
Maturazione degli spermatozoi nell'epididimo
Dopo essersi formati nei tubuli seminiferi, gli spermatozoi viaggiano per alcuni giorni nell'epididimo, che e' una struttura lunga quasi 6 m. Gli spermatozoi, quando di trovano nei tubuli seminiferi e nelle prime porzioni dell'epididimo, non manifestano motilita' e non possono fecondare l'uovo. Dopo aver soggiornato nell'epididimo per circa 1824 ore, acquistano la capacita' di muoversi, anche se, per effetto di vari fattori inibitori di natura proteica presenti nel liquido dell'epididimo, restano immobili fino a quando non avviene l'eiaculazione.
Deposito di spermatozoi nei testicoli. I due testicoli dell'adulto giovane formano quasi 120 milioni di spermatozoi al giorno. Una piccola quantita' puo' essere mantenuta in riserva nell'epididimo, ma la maggior parte viene immagazzinata nei vasi deferenti e nelle loro ampolle. Essi possono conservarsi in queste strutture, mantenendosi fertili per almeno 1 mese. Durante tutto questo tempo restano profondamente inattivi per effetto di vari fattori inibitori presenti nel secreto delle vie spermatiche. In caso di intensa attivita' sessuale il periodo di immagazzinamento non va oltre qualche giorno. Dopo l'eiaculazione, gli spermatozoi vanno incontro a un processo chiamato maturazione, attraverso il quale acquistano motilita' e diventano capaci di fecondare l'uovo. Le cellule di Sertoli e l'epitelio dell'epididimo secernono uno speciale liquido che viene emesso durante l'eiaculazione insieme con gli spermatozoi. Questo liquido contiene ormoni, sia testosterone sia estrogeni, enzimi e particolari sostanze nutritive essenziali per il processo di maturazione degli spermatozoi. Fisiologia degli spermatozoi maturi. Gli spermatozoi normali, mobili e fertili, sono capaci di avanzare nel mezzo liquido a una velocita' di circa l4mm/min, sfruttando il loro tipico movimento a flagello. La loro attivita' e' fortemente esaltata nell'ambiente neutro o lievemente alcalino, come e' quello dell'eiaculato, mentre e' fortemente depressa in ambiente moderatamente acido. Un ambiente fortemente acido, infine, ne puo' rapidamente provocare la morte. L'attivita' aumenta notevolmente con il crescere della temperatura, ma in queste circostanze cresce anche il loro metabolismo e, di conseguenza, la loro sopravvivenza si accorcia. Benche' possano restare vitali per molte settimane nelle vie genitali maschili, la loro sopravvivenza nel tratto genitale femminile e' solo di 12 giorni.

Funzione delle vescichette seminali

Ciascuna vescichetta seminale e' costituita da un tubulo tortuoso, che forma delle involuzioni, tappezzato da un epitelio che secerne un materiale mucoide contenente notevoli quantita' di fruttosio, acido citrico e altre sostanze nutritive. Vengono prodotte anche grandi quantita' di prostaglandine e fibrinogeno. Durante l'eiaculazione, subito dopo che i vasi deferenti hanno riversato gli spermatozoi nel dotto eiaculatore, ciascuna vescichetta svuota anch'essa il proprio contenuto, facendo cosi' aumentare di molto il volume dell'eiaculato. Il fruttosio e le altre sostanze presenti nel liquido spermatico svolgono un'importante funzione nutritiva per gli spermatozoi eiaculati fino alla fecondazione dell'uovo da parte di uno di essi.
Le prostaglandine favoriscono la fecondazione in due modi: (1) reagendo con il muco cervicale uterino per agevolare il movimento degli spermatozoi e (2) provocando, probabilmente nell'utero e nelle tube, contrazioni antiperistaltiche in modo da spingere gli spermatozoi verso le ovaie (alcuni di essi possono raggiungere l'estremita' superiore delle tube 5 min dopo l'eiaculazione).

Funzione della prostata

La prostata e' una ghiandola che secerne un liquido fluido, lattiginoso e alcalino contenente ione citrato, calcio, ione fosfato, un enzima coagulante e una profibrinolisina. Durante l'eiaculazione, la capsula prostatica si contrae insieme con le contrazioni dei vasi deferenti, in modo che il liquido prostatico vada ad aggiungersi al liquido spermatico. Per la fecondazione dell'uovo puo' essere molto importante la piccola alcalinita' del liquido prostatico, in quanto il liquido dei vasi deferenti essendo relativamente acido, per la presenza di acido citrico e di prodotti finali del metabolismo degli spermatozoi, inibisce la fertilita'. Anche le secrezioni vaginali sono acide (pH di 3,54,0). Gli spermatozoi non acquistano una motilita' ottimale finche' il pH del liquido nel quale si trovano non raggiunge valori di circa 66,5. e' quindi molto probabile che il liquido prostatico, neutralizzando dopo l'eiaculazione l'acidita' di questi altri secreti, esalti fortemente la motilita' e la fertilita' degli spermatozoi.


Liquido seminale

Il liquido seminale, o sperma, che viene eiaculato durante l'atto sessuale, e' costituito da liquido e da spermatozoi provenienti dai vasi deferenti (circa il 10% del volume totale), dai liquidi provenienti dalle vescichette seminali (circa il 60%), dal liquido prostatico (circa il 30%) e da piccole quantita' di altri liquidi che hanno origine dalle ghiandole mucose, in particolare da quelle bulbouretrali. La maggior parte del liquido seminale proviene, quindi, dalle vescichette seminali, ed essendo questa frazione l'ultima a essere eiaculata serve a far avanzare il materiale spermatico nel dotto eiaculatore e nell'uretra.
Il liquido spermatico che cosi' si forma ha un pH medio di 7,5, in quanto l'alcalinita' del liquido prostatico tampona la lieve acidita' delle altre componenti. La secrezione prostatica conferisce allo sperma l'aspetto lattiginoso, mentre i liquidi provenienti dalle vescichette seminali e dalle ghiandole mucose gli danno una consistenza mucoide. L'enzima coagulante contenuto nel liquido prostatico agisce sul fibrinogeno del liquido delle vescichette seminali formando un coagulo, che, per quanto debole, trattiene lo sperma nelle regioni piu'' profonde della vagina vicine al collo dell'utero. Il coagulo si scioglie nei successivi 1530 min per l'azione della fibrinolisina che si forma dalla profibrinolisina prostatica. Per qualche minuto dopo l'eiaculazione, gli spermatozoi restano relativamente fermi, probabilmente per la viscosita' del coagulo, ma quando il coagulo si dissolve, diventano subito molto mobili.
Gli spermatozoi, benche' possano sopravvivere per molte settimane nelle vie genitali del maschio, una volta eiaculati insieme al liquido spermatico possono sopravvivere, alla normale temperatura corporea, al massimo tra 24 e 48 ore. A temperature piu'' basse, pero', il liquido spermatico puo' essere conservato per parecchie settimane; per anni se congelato al di sotto di 100 gradi C.

La "capacitazione" degli spermatozoi permette la fecondazione dell'uovo

Nonostante gli spermatozoi vengano considerati "maturi" quando lasciano l'epididimo, la loro attivita' e' ancora sotto il controllo di diversi fattori inibitori secreti dagli epiteli delle vie spermatiche. In realta', quindi, subito dopo la loro emissione, mescolati nel liquido seminale, essi sono ancora incapaci di fecondare l'uovo. Ma, una volta a contatto con i secreti delle vie genitali femminili, subiscono diverse modificazioni che finiscono con il metterli in grado di fecondare. L'insieme di questi cambiamenti rappresenta la capacitazione degli spermatozoi. Questo processo richiede normalmente 110 ore. Le variazioni che si verificano durante il processo possono essere cosi' descritte.
1. Le secrezioni dell'utero e delle tube di Falloppio allontanano i vari fattori inibitori che sopprimono l'attivita' degli spermatozoi nelle vie genitali maschili.
2. Durante la loro permanenza nel mezzo liquido di queste vie, gli spermatozoi si trovano continuamente a contatto con molte vescicole flottanti, provenienti dai tubuli seminiferi e contenenti grandi quantita' di colesterolo. Questo composto viene continuamente aggiunto alla membrana di rivestimento dell'acrosoma, per renderla piu'' resistente e impedire cosi' la liberazione degli enzimi acrosomali. Dopo l'eiaculazione, gli spermatozoi depositati nella vagina si allontanano dalle vescicole di colesterolo, muovendosi verso la cavita' dell'utero. Con il passare delle ore pero' essi perdono gran parte del colesterolo in eccesso, per cui la membrana della loro testa si indebolisce. 3. La membrana dello spermatozoo diventa piu'' permeabile agli ioni calcio, che entrando cosi' in gran numero nel suo interno modificano l'attivita' del flagello, facendogli compiere energici movimenti a frusta, che sostituiscono i precedenti deboli movimenti ondulatori. A cio' si aggiunge il fatto che gli ioni calcio causano anche modificazioni della membrana intracellulare che ricopre l'estremita' dell'acrosoma, il quale puo' cosi' liberare facilmente e molto rapidamente i suoi enzimi quando lo spermatozoo penetra nell'ammasso di cellule della granulosa che circonda l'uovo e in misura ancora maggiore quando tenta di penetrare nella zona pellucida dell'uovo.
Pertanto, le modificazioni che lo spermatozoo subisce durante il processo di capacitazione sono complesse e e se dovessero mancare, certamente lo spermatozoo non potrebbe farsi strada fino a penetrare all'interno dell'uovo per fecondarlo.
Enzimi dell'acrosoma, "reazione acrosomale" e penetrazione dell'uovo
All'interno dell'acrosoma si trovano grandi quantita' di ialuronidasi e di enzimi proteolitici. La ialuronidasi depolimerizza i polimeri di acido ialuronico nella sostanza intercellulare che cementa tra di loro le cellule della granulosa. Gli enzimi proteolitici servono a digerire le proteine degli elementi strutturali dei tessuti che ancora aderiscono all'uovo.
Quando l'uovo viene espulso dal follicolo ovarico e giunge nella tuba di Falloppio e' ancora circondato da vari strati di cellule della granulosa. Perche' uno spermatozoo possa raggiungere l'uovo e fecondarlo, deve prima passare attraverso gli strati della granulosa e poi penetrare nella zona pellucida, che e' uno spesso rivestimento che avvolge l'uovo. Perche' tutto questo si realizzi, devono innanzitutto essere liberati gli enzimi contenuti nell'acrosoma. Si pensa che la ialuronidasi, tra questi enzimi, sia particolarmente importante nell'aprire allo spermatozoo un varco tra le cellule della granulosa in modo che esso possa raggiungere l'uovo.
Raggiunta la zona pellucida, la membrana anteriore dello spermatozoo si lega specificamente con proteine recettrici presenti nella zona stessa, dopodiche' rapidamente l'acrosoma si dissolve e tutti gli enzimi in esso contenuti vengono prontamente liberati. Passati alcuni minuti, questi enzimi aprono una via che permette la penetrazione della testa dello spermatozoo nella zona pellucida. Entro 30 min, la membrana della testa dello spermatozoo e quella dell'oocita si fondono, formando una sola cellula. Il materiale genetico dello spermatozoo e quello dell'oocita si combinano formando un patrimonio genetico del tutto nuovo, che contiene un uguale numero di cromosomi e di geni di origine materna e paterna. e' questo il processo della fertilizzazione e comincia da questo momento lo sviluppo dell'embrione.

Perche' solo uno spermatozoo puo' penetrare nell'oocita?


Con tanti spermatozoi presenti, perche' solamente uno di essi penetra nell'oocita? Non si sa quale sia esattamente il motivo, ma si sa che pochi minuti dopo che il primo spermatozoo e' penetrato nella zona pellucida, attraverso la membrana dell'oocita diffondono ioni calcio, i quali fanno si' che molti granuli corticali vengano liberati per esocitosi dall'oocita nello spazio perivitellino. Questi granuli contengono sostanze che diffondono in tutte le porzioni della zona pellucida, impediscono il legame con altri spermatozoi e provocano anche il distacco degli spermatozoi che eventualmente si sono gia' fissati a essa. Pertanto, durante la fecondazione quasi sempre un solo spermatozoo puo' entrare nell'oocita.

Anomalie della spermatogenesi e fertilita' maschile

Esistono diverse malattie nelle quali si puo' verificare la distruzione dell'epitelio dei tubuli seminiferi. Un esempio e' l'orchite bilaterale, un processo infiammatorio, che si accompagna alla parotite epidemica, che puo' indurre sterilita' in un'elevata percentuale di casi. Numerosi neonati maschi possono presentare alterazioni degenerative dell'epitelio tubulare, imputabile a stenosi dei dotti genitali o ad altre cause. Infine, puo' insorgere sterilita', di solito temporanea, per effetto di temperature troppo elevate a livello testicolare.
Effetto della temperatura sulla spermatogenesi Se la temperatura dei testicoli sale, la spermatogenesi viene inibita e, oltre agli spermatogoni, puo' degenerare anche la maggior parte delle cellule dei tubuli seminiferi. Si e' spesso affermato che il motivo per cui i testicoli sono racchiusi nello scroto sospeso e' quello di mantenere la loro temperatura inferiore a quella interna del corpo, anche se si tratta di solito soltanto di circa 2 C in meno. Quando fa freddo, i riflessi scrotali provocano la contrazione della muscolatura dello scroto spingendo i testicoli piu'' vicino al corpo, in modo da mantenere questa temperatura differenziale. Lo scroto agirebbe, quindi, come un sistema di raffreddamento controllato dei testicoli, in quanto al caldo la spermatogenesi sarebbe compromessa.

Criptorchidismo

Questo termine indica la mancata discesa di un testicolo dall'addome nello scroto. I testicoli hanno origine, durante lo sviluppo del feto di sesso maschile, dalle creste genitali nell'addome. Tuttavia, da 3 settimane a 1 mese prima della nascita, i testicoli discendono nello scroto lungo i canali inguinali. A volte la discesa puo' non avvenire oppure non essere completata e, di conseguenza, uno o entrambi i testicoli restano nell'addome o si bloccano nel canale inguinale o in qualche altro punto lungo il tragitto che dovrebbero normalmente percorrere. Il testicolo ritenuto a lungo nella cavita' addominale diventa incapace di produrre spermatozoi. L'epitelio tubulare, infatti, degenera completamente e restano solo le strutture interstiziali. Si pensa che anche quei pochi gradi di temperatura in piu'' nell'addome rispetto al sacco scrotale siano sufficienti a provocare la degenerazione dell'epitelio tubulare e, quindi, la sterilita', ma non vi e' certezza in proposito. Nei giovani nei quali i testicoli non siano ancora discesi si puo' ricorrere a un intervento di orchidopessia per portare nello scroto il testicolo ritenuto prima che inizi la loro vita sessuale. La secrezione fetale di testosterone testicolare costituisce lo stimolo appropriato che avvia la discesa dei testicoli nello scroto. Nella maggior parte dei casi sono delle malformazioni che rendono i testicoli incapaci di secernere testosterone. In queste circostanze, ovviamente, e' difficile che l'intervento chirurgico per la correzione del criptorchidismo possa garantire il recupero funzionale del testicolo. Importanza del numero degli spermatozoi per la fertilita' La quantita' di liquido spermatico eiaculato per ciascun coito ammonta di solito a circa 3,5 mL e, per ogni millilitro, si possono contare circa 120 milioni di spermatozoi, benche', nei soggetti normali il numero possa oscillare fisiologicamente fra 35 e 200 milioni. Questo significa che di solito per ogni eiaculazione vengono emessi in media 400 milioni di spermatozoi, ma quando il loro numero scende al di sotto di quasi 20milioni/mL, e' molto probabile che il soggetto sia sterile. e' chiaro che un solo spermatozoo puo' essere sufficiente per fecondare l'uovo, ma, per motivi ancora da capire, l'eiaculato deve contenere un enorme numero di spermatozoi perche' uno solo di essi abbia successo.

Influenza della forma e della motilita' degli spermatozoi sulla fertilita'

Puo' capitare che un soggetto non sia fertile, pur essendo la conta dei suoi spermatozoi del tutto normale. In queste circostanze si puo' spesso osservare che moltissimi spermatozoi, in alcuni casi addirittura la meta', presentano anomalie, come l'avere due teste, oppure una testa o una coda malformate (Figura 80.5). In altri casi gli spermatozoi appaiono del tutto normali ma, per motivi non ancora chiariti, sono completamente o relativamente privi di motilita'. Se la maggioranza degli spermatozoi presenta un'alterazione della forma o e' priva di motilita', e' molto probabile che il soggetto sia sterile, anche se il resto degli spermatozoi ha un aspetto normale.

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