Fisiologia 2 (Apparato riproduttore)

Apparato riproduttore femminile

Differenze tra maschio e femmina dal punto di vista riproduttivo

Maschio → produce una quantità di gameti molto rilevante, che vengono resi disponibili per una finestra di tempo che va dalla pubertà fino alla tarda età, ma con l’aumentare dell’età le performance riproduttive diminuiscono e aumenta il rischio di trasferimento di patologie all’embrione.

Femmina → produce un numero relativamente ristretto di gameti, che vengono resi disponibili per una finestra di tempo che varia da specie a specie. Nei primati si assiste all’interruzione dell’attività riproduttiva da una determinata età in poi (menopausa), mentre negli animali di nostro interesse si può assistere a una rarefazione dei calori e una perdita di efficienza dell’attività riproduttiva. Inoltre, nella femmina anche l’interazione con l’ambiente influisce sulla produzione dei gameti (es. fotoperiodo, temperatura, disponibilità del cibo). Questo poiché la disponibilità dei gameti è più o meno subordinata alle possibilità di dar luogo allo sviluppo di individui che siano autonomi e in grado di riprodursi.

Lo scopo dell’attività riproduttiva è quello di portare il nato all’età in cui è in grado di riprodursi (pubertà). In questo contesto, il maschio e la femmina hanno scelto due strade diverse: la femmina procura poco più del 50% del patrimonio genetico (DNA mitocondriale) e dà all’embrione un’enorme quantità di risorse in termini di enzimi, acidi nucleici e proteine perché subito dopo la fecondazione, nelle prime fasi di sviluppo, l’embrione non esprime il proprio patrimonio genetico ma quello della madre. Solo dopo 24-48h, a seconda della specie, si ha la transizione materno-fetale per cui l’embrione inizia a trascrivere il proprio patrimonio genetico. Questo aspetto inizia a dare un’idea dell’immensa complessità dell’ovocita.

L’ovocita si differenzia dalle altre cellule per l’elevato numero di sistemi che l’oocita stesso mantiene attivi per controllare ciò che succede al suo interno e che è necessario per lo sviluppo dell’embrione. Da un punto energetico, per la cellula non è gravoso produrre proteine e tenerle attive ma piuttosto coordinarle. Questo comporta che l’ovocita abbia una vita brevissima, data la raffinatezza dei suddetti sistemi. Infatti esso dura dalle prime fasi dell’embriogenesi fino al momento in cui viene ovulato all’interno dell’ovaio e attaccato alle cellule della granulosa che lo assistono. Dunque, dal momento in cui viene ovulato esso diventa autosufficiente. Dall’ovulazione alla fecondazione deve passare il minor tempo possibile (30-40 min); superata questa tempistica diminuisce la probabilità di dar luogo con successo a un embrione efficiente.

Ciò implica che bisogna coordinare tutta l’attività riproduttiva per far sì che, dal momento in cui l’ovocita viene ovulato al momento in cui viene fecondato, intercorra il minor tempo possibile. Questo comporta una serie di problemi:

• Lo spermatozoo viene da fuori e quindi il primo problema sarà far sì che raggiunga il luogo giusto.
• Nel momento in cui lo spermatozoo viene reso disponibile non è ancora in grado di fecondare: per fecondare uno spermatozoo deve completare un processo di maturazione funzionale che richiede, a seconda della specie, da qualche ora a qualche giorno. Per cui si dovrà coordinare l’ovulazione con la presenza nel sito di fecondazione, cioè la giunzione l’isto-ampollare della tuba, da una serie di spermatozoi capacitati (funzionalmente maturi) e che ce ne sia la quantità giusta, abbastanza per assicurare la probabilità che venga fecondato l’ovocita (non troppi perché se ne entrano 2 o più l’ovocita è perso).

Quindi tutte le manifestazioni esterne del calore, il comportamento sociale, la produzione di sostanze che influenzano la fisiologia del maschio, i pattern comportamentali, la spermatogenesi, ecc., sono tutte funzionali ad assicurare quest’evento.

Perché la femmina ha pochi ovociti?

Perché da un punto di vista energetico sono estremamente costosi. Per questa ragione viene definito un pool di partenza di poche centinaia di migliaia di cellule, di cui solo poche andranno incontro alla maturazione. In questo meccanismo di selezione è stato individuato un modo per far arrivare all’ovulazione gli ovociti più adatti, tale per cui ne verranno ovulati un numero basso (nel cane 20/anno, nella donna nell’ordine delle decine). Inoltre, per rendere disponibili gli oociti, bisogna creare le migliori condizioni ambientali che possano assicurare tutta l’anatomia funzionale del tratto riproduttore, ma anche questo costa energia perché bisogna mettere a regime ciò che avviene a livello uterino, tubarico, mammella, ecc.

Visto tutto ciò, la strada scelta dai nostri mammiferi domestici è quella di mettere a disposizione l’ovocita in una finestra temporale ristretta (10-20h) in un arco temporale più ampio (28gg nella donna) in cui ho dei cambiamenti ciclici. Questi cambiamenti ciclici sono prelusivi a massimizzare la probabilità di avere la fecondazione. Ci sarà:

• Fase di preparazione silente
• Fase di preparazione manifesta che viene comunicata al maschio → la femmina accetterà la copula e per cui arriveranno gli spermatozoi
• Ovulazione

Dopodiché ricomincerà un periodo che può evolvere in due modi:

• Se avviene la fecondazione si prosegue con la gravidanza
• Se non avviene la fecondazione il soggetto si prepara a ricominciare il ciclo

Quello che è importante è che ci sia una coordinazione tra l’ovulazione e la presenza degli spermatozoi, i quali devono arrivare prima dell’inizio dell’ovulazione. Per far sì che ciò avvenga, hanno luogo una serie di comportamenti che prevedono l’accettazione della copula (farlo prima non avrebbe senso perché non c’è l’ovocita, dopo nemmeno perché ormai non è più funzionale). Una volta che gli spermatozoi arrivano nel tratto genitale femminile, mantengono la loro vitalità per un periodo di tempo sovrapponibile alla finestra di disponibilità dell’ovocita.

Fasi dell'ovulazione

Le fasi che precedono l’ovulazione avvengono nel follicolo all’interno dell’ovaio (fase follicolare), poi si verifica l’ovulazione e infine il posto del follicolo è rimpiazzato dal corpo luteo (fase luteinica). Una volta terminata, la fase luteinica può ricominciare con una follicolare (cicli continui) oppure può prevedere una pausa nell’attività riproduttiva (cicli stagionali).

Anatomia dell'apparato riproduttore femminile

Gli organi e i tessuti dell’apparato riproduttore femminile sono presenti a livello addominale, ma hanno una genesi abbastanza complessa. Le gonadi originano da tutt’altra parte rispetto a dove origina l’apparato riproduttore: l’embrione, che inizia a sviluppare le due lamine che si andranno ad unire sotto dando luogo alla linea alba e quindi alla cavità addominale, nella parte posteriore sulla volta dell’addome (quindi dietro al diaframma) si forma una struttura bilaterale che corre lateralmente al rachide chiamata mesonefrio.

Quest’ultimo darà origine per la parte anteriore al rene (organo extra-addominale) mentre per la parte posteriore alla gonade. Successivamente i testicoli vanno a finire nello scroto, mentre le ovaie si trovano subito dietro il rene, attaccate al meso ovarico. Invece il tratto genitale origina dallo sviluppo dei dotti di Muller nella femmina e dei dotti di Wolf nel maschio. Infatti, gonadi e tratto genitale arrivano a toccarsi e rimangono in contiguità ma non continuità (l’ovaio è accolto dalla parte prossimale della tuba).

Nelle ovaie si distinguono due zone (eccezione nella cavalla, che è un po' alla rovescia):

• Midollare – ospita vasi, nervi e gli ovociti, il cui pool si è determinato prima della nascita
• Corticale – fa da guscio

La parte del mesonefrio che dà origine alla gonade forma la parte strutturale, cioè l’insieme di stroma (tessuto connettivo), nervi, vasi, ecc., che forma l’impalcatura dell’ovaio. Invece le cellule che poi diventeranno ovogoni (o spermatogoni) arrivano da fuori, nello specifico da un annesso embrionale, e andranno a colonizzare l’impalcatura che si è formata (PGCS - Primordial Germ CellS).

Nel maschio gli spermatogoni rimangono attivi per tutta la vita riproduttiva, restando quiescenti come spermatogoni fino alla pubertà, dopo la quale iniziano a proliferare (spermatogenesi per tutta la vita dell’animale). Nella femmina, vi è la proliferazione del comparto staminale che determina un pool di ovociti, il quale è completo fin dalla nascita e non va più incontro a mitosi, per cui il numero rimane inalterato fino alla pubertà. Dalla pubertà, sotto la guida dell’asse neuro-endocrino, alcuni pool di ovociti iniziano a svilupparsi.

Fasi del follicolo ovarico

In un ovaio di un animale che ha dato luogo a più cicli si vedono dei follicoli che hanno uno stadio evolutivo diverso. Ci saranno:

• Follicoli primordiali: sono in quiescenza e nella forma più semplice possibile, poi nel momento in cui iniziano ad essere oggetto dell’effetto dell’asse neuro-endocrino si formano i follicoli primari; contengono ovociti immaturi, quindi se si prende un ovocita in questo stadio del follicolo non si riesce a fecondarlo.
• Follicoli primari: in essi si inizia a formare l’antro, cioè la cavità che raccoglie il fluido follicolare.
• Follicoli secondari/antrali: caratterizzati da cellule della granulosa ben distinte, ovocita formato, zona pellucida e antro.
• Follicolo maturo: pronto per l’ovulazione e caratterizzato dall’ovocita circondato da cumulooforo, il quale prima flotta e poi si stacca per arrivare nel lume del follicolo; a questo punto la parete del follicolo si rompe e l’oocita viene ovulato per poi essere raccolto dalla tuba; il follicolo si trasforma in corpo luteo.

Il corpo luteo all’inizio sarà un corpo luteo emorragico per la presenza di sangue, poi diventa un corpo luteo vero e proprio fino ad assumere la forma cicatriziale (corpo luteo albicans).

NB – dimensione e forma di ogni follicolo cambiano di volta in volta a seconda della specie.

Le ovaie (così anche i testicoli) sono organi che svolgono una doppia funzione:

• Endocrina → sviluppo e recezione di stimoli neuroendocrini per il mantenimento dell’attività dei caratteri sessuali secondari e del comportamento sessuale.
• Gametogenica → produzione di gameti (oociti).

Oogenesi

Quando viene definito il set di ovociti che verrà sospeso durante la vita riproduttiva dell’animale? Tra il 2^o e il 5^o mese di vita intrauterina fetale gli oogoni proliferano andando incontro a divisione mitotica. Tra il 5^o e il 7^o mese gli oogoni entrano e rimangono nella profase I meiotica, non completando la loro prima divisione meiotica fino al raggiungimento della pubertà. Successivamente inizia l’attività riproduttiva.

Le differenze con la spermatogenesi sono di due ordini:

• Temporale → la proliferazione degli gameti nel maschio avviene dopo la pubertà, nella femmina avviene prima della nascita e poi si ferma in modo permanente.
• Numero di gameti che si formano → la proliferazione nei gameti è relativa alla meiosi perché deve avvenire la divisione del corredo cromosomico; questo processo porta nel maschio alla formazione di 4 cellule figlie (spermatozoi), nella femmina soltanto 1 delle 4 è funzionalmente valida e le altre sono di scarto.

Ciclo estrale

Per ciclo estrale si intende l’attività ciclica nota negli animali domestici data dalla coordinazione tra attività endocrina e disponibilità dei gameti competenti. Questa attività è finemente regolata e riconosce marcate differenze di specie. Il ciclo estrale inizia con la pubertà e serve a coordinare la disponibilità di gameti competenti con la messa in atto di comportamenti sessuali volti a massimizzare le possibilità che la fecondazione e la gestazione abbiano luogo con successo.

L’età del raggiungimento della pubertà è un evento che dipende da vari fattori: dimensioni corporee (in genere viene raggiunta quando il peso corporeo è del 45-55% del peso da adulti), la disponibilità di alimento, il fotoperiodo e i fattori genetici.

• Coniglia: 3-4 mesi
• Pecora: 6-7 mesi
• Scrofa: 6-7 mesi
• Bovina: 12 mesi
• Cavalla: 15-18 mesi

Spesso nella femmina la pubertà si manifesta con il primo calore, che non è sempre rilevabile. La manifestazione sulla quale baseremo il calore è banalmente l’accettazione della copula, perché è il parametro che può essere rilevato più facilmente. Negli animali in cui è necessario un set di info supplementari, la manifestazione del calore è solo una guida, seguita da indagini strumentali come la misura del progesterone, la citologia vaginale, l’ecografia per la valutazione della dimensione dei follicoli.

NB – potrebbe non essere furbo fecondare l’animale al primo calore perché è ancora immaturo e potrebbe non riuscire a gestire una gravidanza con facilità.

L’inizio dell’attività riproduttiva degli animali è un parametro fondamentale in ambito zootecnico, perché il prodotto della loro attività riproduttiva è il prodotto dell’attività dell’allevamento.

Controllo neuro-endocrino

Il SNC scambia info con l’ipotalamo, l’ipotalamo scambia info con l’ipofisi, l’ipofisi scambia info con la gonade (ovaio), quindi si definisce un’asse ipotalamo-ipofisi-gonade. Sussiste una convergenza di tutto quello che avviene nell’animale a livello del SNC, il quale acquisisce i dati, li elabora, li screma e poi li invia all’ipotalamo. Quest’ultimo produce un fattore di rilascio ipotalamico che si chiama GnRH (Gonadotropin Releasing Hormone), il quale arriva nel contesto del circolo portale ipotalamo-ipofisario e giunge all’ipofisi. L’ipofisi risponde a GnRH producendo le gonadotropine, due ormoni che sono attivi a livello ovarico.

• LH (ormone luteinizzante) → si lega ai recettori espressi a livello della teca interna, propiziando l’ovulazione e la formazione del corpo luteo.
• FSH (ormone follicolo stimolante) → si lega ai recettori espressi a livello della granulosa, propiziando lo sviluppo e la differenziazione del follicolo.

FSH e LH sono due glicoproteine che essendo tali presentano carboidrati, in particolare l’acido sialico, che è la prima interfaccia della proteina. Esse sono costituite da due subunità:

• Subunità α → identica (uguale anche al TSH) tra i due ormoni
• Subunità β → diversa e responsabile del riconoscimento da parte del recettore, che sarà diverso, per cui vengono recepite e catabolizzate in maniera diversa.

- LH → ha un’emivita di 40min, viene rilasciato in maniera pulsatile e dura di meno.

- FSH → ha un’emivita di 3-4h e ha delle oscillazioni molto più smorzate, più morbide.

Nel momento in cui le cellule della teca interna ricevono il messaggio veicolato da questi ormoni, danno luogo alla trasformazione del colesterolo prima in progesterone, poi in androgeni che diffondono a livello delle cellule della granulosa, dove degli enzimi (esterasi) producono estrogeni (stessa cosa avviene nel testicolo con le cellule del Leydig e del Sertoli). Gli estrogeni vengono rilasciati nel sangue, insieme agli altri ormoni di origine ovarica. Tutti gli ormoni prodotti in questo contesto danno luogo a dei feedback.

NB – il progesterone è prodotto dal corpo luteo dopo l’ovulazione, dal follicolo prima dell’ovulazione.

Ad esempio, in un animale che estrinseca per la prima volta un comportamento riproduttivo (da prepubere a pubere), il SNC stimola l’ipotalamo che inizia a produrre GnRH, il quale a sua volta stimola la produzione di gonadotropine a livello ipofisario. Le gonadotropine arrivano a livello dell’ovaio dove iniziano a determinare la produzione di ormoni, ma c’è una prima fase di preparazione in cui gli estrogeni hanno un feedback negativo su ipofisi e ipotalamo tale per cui la situazione rimane in equilibrio e i follicoli si preparano ad andare incontro all’ovulazione. Infatti, si verificano tutti gli eventi che portano il follicolo in fase pre-antrale, quindi inizia a svilupparsi l’antro, a formarsi una zona pellucida, a stratificarsi (strato di granulosa, teca interna, ecc.).

Una volta avvenuto ciò, il follicolo è in fase antrale e inizia ad esprimere i recettori per LH e FSH, tale per cui iniziano ad essere parte importante di questo sistema di trasduzione del segnale e di conseguenza la produzione di estrogeni aumenta in maniera marcata. A questo punto il feedback negativo diventa positivo, portando a un rafforzamento continuo del sistema: gli estrogeni fanno aumentare la secrezione di LH e FSH, quindi aumenta la produzione di estrogeni.

NB – LH aumenta non in modo lineare bensì dando luogo a dei picchi.

A loro volta, FSH e LH, che vengono secreti a flash, portano alla maturazione del follicolo, che raggiunge dimensioni importanti. Questi meccanismi sono potenziati dalla presenza degli estrogeni, che a loro volta potenziano la produzione di altri estrogeni. Questo determina che a un certo punto la quantità di estrogeni sarà tale da determinare l’estro, che costituisce...