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.
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 è 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'estremità 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 prossimità dell'origine dell'uretra.
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 pubertà, gli spermatogoni sono soggetti a mitosi e continuano a proliferare e a differenziarsi, passando attraverso stadi evolutivi ben definiti, fino a formare gli spermatozoi.
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.
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 metà del patrimonio genetico dell'embrione
deriverà dal padre e l'altra metà verrà
fornita invece dall'oocita materno.
La durata di tutto il processo, dalla cellula germinale alla formazione dello
spermatozoo, richiede circa 74 giorni.
In ogni spermatogonio, solo una delle 23 coppie di cromosomi porta
l'informazione genetica che stabilisce il sesso dell'eventuale prole. Questa
coppia è 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 metà degli spermatozoi saranno spermatozoi maschili, portatori cioè del
cromosoma Y e l'altra metà sarà invece costituita da spermatozoi femminili, che
contengono il cromosoma X. A seconda di quale di questi due tipi di spermatozoi
andrà a fecondare l'uovo, la progenie sarà di sesso maschile o femminile.
L'argomento verrà affrontato nuovamente nel Capitolo 82.
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, è costituito da una
testa e da una coda. Nella testa si trova il nucleo condensato della cellula, il
quale è circondato soltanto da uno strato molto sottile formato dal citoplasma
e dalla membrana cellulare. Sulla superficie esterna dei 2/3 anteriori della
testa vi è l'acrosoma, che è 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, è formata da tre componenti principali:
(1) uno scheletro centrale, costituito da 11 microtubuli, chiamato assonema, la
cui struttura è simile a quella delle ciglia; (2)
una sottile membrana, che lo riveste e che è un'estensione della membrana
cellulare; (3) una serie di mitocondri che circondano la porzione prossimale
della coda, detta corpo della coda.
Lo spermatozoo normale si muove in linea retta, a i velocità di 14mm/min che gli consente di migrare nel tri genitale femminile per andare alla ricerca dell'uovo.
Le funzioni degli ormoni nella riproduzione saranno considerate piu'' avanti; a
questo punto, però, è 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 è essenziale per lo sviluppo e la
divisione delle cellule germinali, che è 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, cioè 1 conversione degli spermatidi in spermatozoi, non pu
avvenire.
4. Gli estrogeni, formati a partire dal testosterone dalle 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 è necessaria, unita mente a quella di
molti altri ormoni, perchè 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 è
fortemente compromessa o è del tutto assente.
Maturazione degli spermatozoi nell'epididimo
Dopo essersi formati nei tubuli seminiferi, gli spermatozoi viaggiano per alcuni
giorni nell'epididimo, che è una struttura lunga quasi 6 m. Gli spermatozoi,
quando di trovano nei tubuli seminiferi e nelle prime porzioni dell'epididimo,
non manifestano motilità e non possono fecondare l'uovo. Dopo aver soggiornato
nell'epididimo per circa 1824 ore, acquistano la capacità 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.
I due testicoli dell'adulto giovane formano quasi 120 milioni di spermatozoi al giorno. Una piccola quantità può 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 attività 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 motilità 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.
Gli spermatozoi normali, mobili e fertili, sono capaci di avanzare nel mezzo liquido a una velocità di circa l4mm/min, sfruttando il loro tipico movimento a flagello. La loro attività è fortemente esaltata nell'ambiente neutro o lievemente alcalino, come è quello dell'eiaculato, mentre è fortemente depressa in ambiente moderatamente acido. Un ambiente fortemente acido, infine, ne può rapidamente provocare la morte.
L'attività aumenta notevolmente con il crescere della temperatura, ma in queste circostanze cresce anche il loro metabolismo e, di conseguenza, la loro sopravvivenza si accorcia. Benchè possano restare vitali per molte settimane nelle vie genitali maschili, la loro sopravvivenza nel tratto genitale femminile è solo di 12 giorni.
Ciascuna vescichetta seminale è costituita da un tubulo tortuoso, che forma
delle involuzioni, tappezzato da un epitelio che secerne un materiale mucoide
contenente notevoli quantità di fruttosio, acido citrico e altre sostanze
nutritive. Vengono prodotte anche grandi quantità 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 così 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'estremità superiore delle tube 5 min dopo l'eiaculazione).
La prostata è 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 può essere molto importante la piccola alcalinità 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 fertilità. Anche le secrezioni vaginali sono acide (pH di 3,54,0). Gli spermatozoi non acquistano una motilità ottimale finchè il pH del liquido nel quale si trovano non raggiunge valori di circa 66,5. è quindi molto probabile che il liquido prostatico, neutralizzando dopo l'eiaculazione l'acidità di questi altri secreti, esalti fortemente la motilità e la fertilità degli spermatozoi.
Il liquido seminale, o sperma, che viene eiaculato durante l'atto sessuale, è
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 quantità 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 così si forma ha un pH medio di 7,5, in quanto l'alcalinità del liquido prostatico tampona la lieve acidità 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 viscosità del coagulo, ma quando il coagulo si dissolve, diventano subito
molto mobili.
Gli spermatozoi, benchè 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, però, il liquido spermatico può essere conservato per
parecchie settimane; per anni se congelato al di sotto di 100 gradi C.
Nonostante gli spermatozoi vengano considerati "maturi" quando lasciano l'epididimo, la loro attività è ancora sotto il controllo di diversi fattori inibitori secreti dagli epiteli delle vie spermatiche. In realtà, 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 così
descritte.
1. Le secrezioni dell'utero e delle tube di Falloppio allontanano i vari fattori
inibitori che sopprimono l'attività 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 quantità di colesterolo. Questo composto viene continuamente aggiunto alla membrana di rivestimento dell'acrosoma, per renderla piu'' resistente e impedire così la liberazione degli enzimi acrosomali. Dopo l'eiaculazione, gli spermatozoi depositati nella vagina si allontanano dalle vescicole di colesterolo, muovendosi verso la cavità dell'utero. Con il passare delle ore però 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 così
in gran numero nel suo interno modificano l'attività del flagello, facendogli
compiere energici movimenti a frusta, che sostituiscono i precedenti deboli
movimenti ondulatori. A ciò si aggiunge il fatto che gli ioni calcio causano
anche modificazioni della membrana intracellulare che ricopre l'estremità dell'acrosoma, il quale può
così 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.
All'interno dell'acrosoma si trovano grandi quantità 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
è ancora circondato da vari strati di cellule della granulosa. Perchè
uno spermatozoo possa raggiungere l'uovo e fecondarlo, deve prima passare
attraverso gli strati della granulosa e poi penetrare nella zona pellucida, che
è uno spesso rivestimento che avvolge l'uovo. Perchè 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, dopodichè
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. è questo il processo della fertilizzazione e comincia da questo
momento lo sviluppo dell'embrione.
Con tanti spermatozoi presenti, perchè 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 è penetrato nella zona pellucida,
attraverso la membrana dell'oocita diffondono ioni calcio, i quali fanno sì 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 già fissati a essa. Pertanto, durante la fecondazione quasi sempre un solo
spermatozoo può entrare nell'oocita.
Esistono diverse malattie nelle quali si può verificare la distruzione
dell'epitelio dei tubuli seminiferi. Un esempio è l'orchite bilaterale, un
processo infiammatorio, che si accompagna alla parotite epidemica, che può
indurre sterilità 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, può insorgere sterilità,
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, può degenerare
anche la maggior parte delle cellule dei tubuli seminiferi. Si è spesso
affermato che il motivo per cui i testicoli sono racchiusi nello scroto sospeso
è 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.
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 può 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 cavità 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 più nell'addome rispetto al sacco scrotale siano sufficienti a provocare la degenerazione dell'epitelio tubulare e, quindi, la sterilità, ma non vi è certezza in proposito.
Nei giovani nei quali i testicoli non siano ancora discesi si può 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, è difficile che l'intervento chirurgico per la correzione del criptorchidismo possa garantire il recupero funzionale del testicolo. Importanza del numero degli spermatozoi per la fertilità La quantità 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, benchè, 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, è molto probabile che il soggetto sia sterile. è chiaro che un solo spermatozoo può essere sufficiente per fecondare l'uovo, ma, per motivi ancora da capire, l'eiaculato deve contenere un enorme numero di spermatozoi perchè uno solo di essi abbia successo.
Può capitare che un soggetto non sia fertile, pur essendo la conta dei suoi
spermatozoi del tutto normale. In queste circostanze si può spesso osservare che
moltissimi spermatozoi, in alcuni casi addirittura la metà, 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 motilità. Se la
maggioranza degli spermatozoi presenta un'alterazione della forma o è priva di motilità,
è molto probabile che il soggetto sia sterile, anche se il resto degli
spermatozoi ha un aspetto normale.