Fisiologia del sistema riproduttivo, respiratorio e digerente

Fisiologia - sistema riproduttivo, respiratorio e digerente

Sistema riproduttivo

Il processo di differenziamento sessuale inizia al momento del concepimento quando si ha la fusione dei due gameti e la formazione dello zigote: a seconda che lo spermatozoo vincente contenesse un cromosoma 46 di tipo X o Y, il sesso genetico dell’individuo sarà rispettivamente femmina o maschio. Quando una condizione patologica colpisce il 46º cromosoma, l’individuo potrà presentare agenesia o disgenesia gonadica, e quindi avere un mancato o difettoso sviluppo gonadico.

Alla 5ª settimana di gestazione si sviluppa il sesso gonadico, e perciò la gonade primordiale si differenzierà in testicolo o ovaia; fino, però, alla fine della 6ª settimana, l’abbozzo gonadico è bipotenziale, e può quindi differenziarsi sia in una gonade che nell’altra. Ecco che infine, dopo lo sviluppo di gonadi e apparato riproduttore, si ha lo sviluppo del sesso fenotipico. In quest’ultima fase di differenziamento si ha, a partire dai dotti del Wolff, la formazione di epididimo, vasi deferenti e vescicole seminali nell’uomo, mentre, a partire dai dotti del Muller, si sviluppano le tube uterine, l’utero e il terzo superiore della vagina nella donna.

Tutte queste differenziazioni sono indotte da testosterone e l’ormone AMH (Anti Mullerian Hormone): questi due ormoni, entrambi androgini, insieme permettono la regressione dei dotti del Muller e quindi il differenziamento di quelli del Wolff; nella donna, invece, l’assenza di testosterone e AMH permette la regressione dei dotti del Wolff e la crescita e differenziazione di quelli di Muller. La comparsa dei genitali esterni avviene attorno alla 14ª settimana.

Le gonadi hanno due funzionalità principali:

• Produrre gameti;
• Produrre altri ormoni: contribuiscono a determinare il fenotipo sessuale dell’individuo:
  • Testicoli: producono ormoni androgeni, di cui il più importante è il testosterone;
  • Ovaie: producono ormoni estrogeni, di cui il più importante è l’estradiolo, e i progestinici, di cui il più importante è il progesterone.

Inoltre, entrambe le gonadi producono un ormone quale l’inibina, ovvero un ormone che blocca la produzione di FSH fino a che non sarà necessario. Nella vita adulta, le gonadotropine inducono due diversi processi:

• Pubertà: indica l’inizio della vita fertile, e quindi della possibilità dell’individuo di procreare. Differisce in termini di inizio tra i due sessi:
  • Maschio: inizia attorno ai 10-11 anni e finisce attorno ai 15-17 anni;
  • Femmina: inizia attorno ai 8-13 anni.

Il motivo per cui si inneschi il meccanismo di inizio della pubertà non è ancora chiaro, ma sembra essere correlato all’ormone della crescita; altre ricerche hanno evidenziato che è necessario avere una certa quantità di massa grassa, e quindi le persone obese entrano in pubertà prima rispetto a soggetti con un peso corporeo sotto la media. Alcuni eventi neuroendocrini che caratterizzano la pubertà sono:

• Diminuzione dell’influenza inibitoria del SNC sull’asse ipotalamico-ipofisario: attività molto attiva durante l’infanzia, ma che in età puberale va scomparendo. Un esempio di quest’attività riguarda l’esposizione di un soggetto a immagini di nudo: in età infantile questo non sortisce alcun effetto, mentre in età puberale il soggetto si eccita;
• Diminuzione della sensibilità dell’asse ipotalamico-ipofisario agli ormoni sessuali: vengono prodotte GnH;
• Aumento dell’ampiezza e della frequenza del rilascio pulsatile del GnRH dell’ipotalamo;
• Aumento della sensibilità alle GnRH;
• Aumento della secrezione di FSH e LH;
• Aumento della sensibilità delle gonadi alle GnH;
• Aumento della secrezione di ormoni sessuali da parte delle gonadi;
• Sviluppo progressivo dei caratteri sessuali primari e secondari: i caratteri primari riguardano l’apparato sessuale e quindi i genitali, mentre i caratteri sessuali secondari riguardano distribuzione e crescita di peli, distribuzione della massa grassa, cambio di voce, modifica della costituzione ossea e muscolare, ecc.; sono detti secondari poiché non influiscono sulla produzione e l’incontro dei gameti.

• Riduzione della funzionalità gonadica: si manifesta attorno ai 50 anni. In questa fase, si ha la perdita parziale o totale di tutta la funzionalità del sistema riproduttivo, e il processo ha sfaccettature differenti a seconda del sesso:
  • Uomo: il processo è graduale, e potrebbe non esaurirsi per tutto il periodo di vita della persona. Prende il nome di andropausa, e non si sa se il fenomeno esista davvero o meno poiché individui di anche 80 anni sono ancora in grado di riprodursi;
  • Donna: si ha un brusco crollo e blocco della funzionalità del sistema riproduttivo. Prende il nome di menopausa.

Apparato sessuale maschile

Vediamo l’organizzazione della cavità addominale: anteriormente è presente la vescica, mentre posteriormente troviamo la parte terminale del tratto intestinale. Al di sotto della vescica troviamo la prostata, una delle ghiandole deputate alla produzione del liquido seminale; sono poi presenti le gonadi, dette testicoli, localizzate in una sacca esterna alla cavità addominale detta scroto: il fatto che i testicoli stiano all’esterno del corpo è una caratteristica indispensabile per permettere la produzione di spermatozoi (funzione spermatogenica); la discesa nella sacca deve avvenire prima ancora della nascita (al 7º mese), e questo perché la produzione dei gameti deve avvenire ad una T di ca. 2-3 ºC più bassa rispetto alla T corporea: una T eccessiva, infatti, potrebbe far morire le cellule gametiche germinali portando, di concerto, a sterilità. La mancata discesa prende il nome di criptorchidismo, e può interessare uno solo o entrambi i testicoli. Per regolare la T, entra in azione il muscolo scrotale cremastere, il cui compito è quello di avvicinare o allontanare la sacca scrotale al corpo.

A livello della prostata si ha la confluenza del sistema urinario e del sistema riproduttivo: da un lato dell’uretra viene fatto confluire l’urina e dall’altro lo sperma. Dal pene l’uretra mette in comunicazione questi due apparati con l’esterno.

Testicolo

Gonadi maschili con funzione di produrre ormoni e gameti; sono collegati ad organi secondari quali dotti e pene, i quali hanno lo scopo di portare a maturazione i gameti e di introdurli nella donna (gli organi secondari differiscono dai caratteri sessuali secondari poiché quest’ultimi concorrono solo alla determinazione fenotipica del sesso). Sono costituiti da una capsula fibrosa esterna che racchiude due compartimenti: quello dei tubuli seminiferi e quello interstiziale.

I tubuli seminiferi sono strutture tubulari estremamente convolute (attorcigliate) in modo da poter essere contenute in un piccolo volume. La parete del tubulo è costituita prevalentemente da grosse cellule, dette cellule del Sertoli, deputate alla spermatogenesi e occupanti l’80% dello spessore della parete del tubulo. Nel citoplasma di queste cellule è possibile identificare tante cellule più piccole a diversi stadi di maturazione, che si distribuiscono in ordine di maturità crescente partendo dalla parete fino ad arrivare al lume tubulare. Il restante 20% della parete è formato da cellule dell’interstizio, dette cellule di Leydig, il cui compito è quello di produrre ormoni sessuali maschili e quindi testosterone. Sono posizionate più esternamente rispetto alle cellule del Sertoli, disponendosi tra un tubulo e l’altro insieme a capillari sanguigni, tessuto connettivo e vasi linfatici; riempiono quindi gli spazi tra un tubulo e l’altro (cellule interstiziali).

I vari stati di maturazione dei gameti nelle cellule del Sertoli sono:

• Spermatogonio: cellula più immatura e primordiale. Sono presenti in grande quantità durante la pubertà poiché ne viene indotta una intensa produzione; si riproducono per mitosi. In questa fase si osserva spesso morte apoptotica, il cui scopo è quello di adattare il numero di cellule diploidi spermatogenetiche al numero delle cellule del Sertoli, assicurando così la qualità degli spermatozoi prodotti;
• Spermatocita primario: stadio successivo evolutivo degli spermatogoni. Hanno un corredo cromosomico diploide (46 cromosomi), e vanno incontro ad una prima divisione meiotica diventando spermatociti secondari;
• Spermatocita secondario: cellula in cui si ha crossing-over e quindi scambio di tratti genetici tra cromosomi omologhi. Si ha quindi la seconda divisione meiotica, generando gli spermatidi aploidi;
• Spermatidi: cellule aploidi (23 cromosomi) che, per spermiogenesi, si differenziano in spermatozoi;
• Spermatozoi: stadio finale di maturazione. Il processo di maturazione dura ca. 70 giorni, e ogni giorno vengono prodotti ca. 100-200 milioni di nuovi spermatozoi. È una cellula aploide caratterizzata da:
  • Testa: presenta il nucleo contenente il corredo cromosomico aploide, uno scarso citoplasma (riassorbito durante la maturazione dalle cellule del Sertoli) e l’acrosoma, ovvero una vescicola presente sulla testa dello spermatozoo e contenente enzimi proteolitici in grado di bucare la parete dell’ovulo;
  • Corpo: contenente prevalentemente mitocondri, con lo scopo di produrre l’energia necessaria allo spermatozoo per muoversi;
  • Coda: parte mobile dello spermatozoo, caratterizzata dalla presenza di microtubuli e di dineina, ovvero una proteina motoria che permette quindi il movimento.

Gli spermatozoi, perché un individuo possa essere definito fertile, devono essere sia prodotti in quantità elevate (≥ 20 mln/mL) che essere in grado di muoversi. Una volta prodotti, vengono liberati nel lume del dotto seminifero insieme alle proteine di trasporto degli androgeni.

La produzione di spermatozoi è continua potenzialmente per tutta la vita dell’uomo a differenza dei gameti femminili che vengono prodotti ciclicamente. Le cellule del Sertoli sono unite tra di loro strettamente tramite giunzioni serrate, le quali formano nel complesso la barriera emato-testicolare: è una struttura che seleziona il passaggio di molecole dal tessuto interstiziale e dalla zona del tubulo verso la zona periluminale o verso il lume stesso del tubulo. Tra i vari compiti visti finora, le cellule del Sertoli svolgono anche quelli di:

• Nutrire le cellule germinali e favorire tutti gli stati del loro sviluppo;
• Secernere il fluido del lume tubulare: contiene delle proteine di trasporto degli androgeni, prodotte sempre dalle cellule del Sertoli, le quali legano testosterone (poiché steroideo e quindi lipofilo) e lo portano per tutto il canale epididimale;
• Produrre, sotto stimolazione di FSH e LH, messaggeri chimici che stimolano la produzione e la maturazione degli spermatozoi;
• Identificare e fagocitare spermatozoi difettosi.

Una volta liberati nel lume, gli spermatozoi vengono trasportati fino all’epididimo, ovvero un canalicolo lungo ca. 5 m in cui si ha la terminazione della maturazione degli spermatozoi. Infatti, in questo tratto delle vie seminifere si ha l’acquisizione della motilità da parte degli spermatozoi, la quale è permessa grazie a determinate sostanze che attivano, tra le altre cose, i CatSper: si tratta di canali ionici per il Ca situati nella parte prossimale della coda del gamete che, una volta aperti, permettono l’entrata di Ca a livello del motore molecolare e quindi l’attivazione del movimento degli spermatozoi. L’epididimo produce anche svariate sostanze nutritive ed enzimatiche in grado di garantire la vita e la salute degli spermatozoi: troviamo taurina, glicerofosfocolina, acido sialico, lattato, steroidi e la 5-α-reduttasi.

L’epididimo si continua con il dotto deferente, all’interno del quale vengono immagazzinati gli spermatozoi e nel quale si ha la formazione dello sperma propriamente detto; ciò avviene grazie alla produzione di determinate sostanze prodotte da determinate ghiandole quali:

• Prostata: secerne un fluido alcalino (da pH 6 in su), con la funzione di neutralizzare l’acidità dell’urina presente nell’uretra e per contrastare l’acidità presente nel canale femminile non favorevole agli spermatozoi;
• Vescicole seminali: situate posteriormente rispetto alla prostata, producono una sostanza lattiginosa/mucosa contenete fruttosio e altre sostanze nutritive, quali fibrinogeno e prostaglandine;
• Ghiandole bulbo-uretrali: situate all’uscita della prostata e connesse all’uretra, producono un secreto trasparente e appiccicoso, detto muco pre-eiaculatorio, che viene emesso prima dell’atto sessuale e a cui seguirà l’eiaculazione vera e propria. Ha lo scopo di lubrificare e preparare il terreno su cui passerà lo sperma, facilitando la risalita delle vie genitali femminili da parte degli spermatozoi.

Gli spermatozoi possono rimanere nel dotto deferente per mesi. Serve a veicolare gli spermatozoi dal testicolo fino ad entro la cavità addominale. Si continua col dotto eiaculatore, il quale origina all’interno della prostata dalla fusione dei due dotti deferenti di testicolo dx e sx; qua, lo sperma assume un volume abbastanza consistente grazie all’azione delle ghiandole annesse. Lo sperma che viene eiaculato durante l’atto sessuale ha le seguenti caratteristiche:

• pH: 7.5;
• 10%: costituito da spermatozoi;
• 60%: costituito dal liquido delle vescicole seminali;
• Volume eiaculato: 3.5 mL;
• Conta di spermatozoi per eiaculazione: 400 mln.

Eiaculazione

Emissione dello sperma verso l’esterno del corpo. È indotta da stimoli di natura meccanica e umorali che, una volta raggiunta una certa soglia di eccitazione, vengono mandati al centro eiaculatorio a livello del midollo spinale, il quale li elabora attivando di concerto il sistema simpatico: questo innesca una serie di contrazioni muscolari a livello della muscolatura liscia del parenchima della prostata, a livello dei dotti deferenti e dell’uretra; queste contrazioni portano ad un parziale svuotamento della prostata che spinge lo sperma dai dotti deferenti verso la parte posteriore dell’uretra. A questo punto, lo sfintere della vescica viene contratto, in modo da bloccare il sistema urinario, e grazie a contrazioni ritmiche di dotto deferente, vescicole seminali e muscoli bulbo-cavernosi, che ricoprono pene e uretra, si ha l’eiezione dello sperma verso l’esterno. Tutto ciò è permesso anche dall’erezione del pene, meccanismo attuo a favorire il trasporto dello sperma nella donna. Il meccanismo dell’eiaculazione è accompagnato dall’orgasmo ovvero la massima eccitazione sessuale.

Regolazione ormonale

Vediamo gli effetti delle gonadotropine sulla regolazione di spermatogenesi e produzione di testosterone:

• FSH:
  • Regola il trofismo delle cellule del Sertoli: induce mitosi e quindi il loro aumento in numero soprattutto in età puberale;
  • Promuove la maturazione e lo sviluppo delle giunzioni strette tra le cellule del Sertoli: promuove quindi lo sviluppo della barriera emato-testicolare;
  • Stimola la produzione di ABP (Androgen-Binding Globulin, proteina che lega gli androgeni mantenendoli in alta concentrazione a livello del liquido tubulare), inibina, aromatasi (enzima che converte gli androgeni in estrogeni), e dell’attivatore del plasminogeno (proteina che apre le giunzioni strette per permettere la migrazione delle cellule spermatiche verso il lume tubulare).
• LH: regola il trofismo e lo sviluppo delle cellule del Leydig, inducendo la produzione di testosterone e il miglioramento della struttura delle cellule delle Sertoli. È regolato da feedback negativo: in presenza di concentrazioni troppo alte di testosterone ne viene inibita la produzione.

Ruolo del testosterone a livello sistemico

Apparato sessuale femminile

A differenza di quello maschile, nella donna l’apparato riproduttivo e quello urinario sono separati tra di loro. Dietro a vescica ed uretra sono presenti utero, tube di Falloppio e vagina (organi sessuali secondari); ancora più posteriormente si trova la parte terminale dell’intestino. La dimensione dell’utero in condizioni normali è di circa 5-10 cm, espandendosi notevolmente in gravidanza grazie alla sua costituzione elastica e muscolare. Nella parte alta dell’utero dipartono due canali, dette tube uterine, che terminano con delle estroflessioni cigliari, dette fimbrie, che si avvicinano all’ovaia (organo sessuale primario) con lo scopo di prelevare i gameti prodotti dalle gonadi. Il ruolo degli organi sessuali secondari è molteplice: accogliere gli spermatozoi e veicolarli verso l’ovulo, permettere l’annidamento dell’embrione e quindi il mantenimento della gravidanza, permettere la fuoriuscita del neonato al momento del parto.

Ovaie

Gonadi femminili, con funzione endocrina e ovogenica. Sono localizzate in posizione sottolombare nella cavità addominale, in una piega del peritoneo; sono organi pari e grandi come una mandorla (4x2 cm). Il parenchima è suddiviso in una zona corticale, esterna e sede dei follicoli ovarici, e una zona midollare, interna e connessa ad ilo, vasi sanguigni e tessuto connettivo lasso. Nelle gonadi femminili è possibile individuare diverse strutture a livelli di maturazione differenti, dette follicoli, che contengono i gameti in maturazione e che fanno assumere un aspetto irregolare alla superficie esterna dell’ovaia. Il follicolo è formato da un sottile strato di cellule, dette cellule della granulosa, contenti un qualche stadio di maturazione della cellula uovo nascente, e il cui scopo è quello di nutrire e proteggere l’oocita all’interno oltre che produrre ormoni. Il processo oogenetico è un proc...