Appunti esame Embriologia, Prof. Musaro, Filippini, De Felici, libro consigliato Embriologia Umana, De Felici

Embriologia

Benjamin Meghnagi / Giulia Carosi

Sunto del basato sugli De Felici Appunti di: Costanza Margheritini e Marta Zappalà Febbraio 2016

Indice degli argomenti

Spermatogenesi ed apparato genitale maschile

Il sistema riproduttivo è formato dai:

• Testicoli: contenuti nello scroto
• Vie genitali: rappresentate da condottini efferenti, epididimo, dotto deferente, dotto eiaculatore, gran parte dell'uretra
• Ghiandole esocrine: (deputate alla produzione del liquido seminale) rappresentate da vescichette seminali, prostata, ghiandole di Cowper
• Pene

Nel testicolo avviene la produzione di androgeni, testosterone e diidrotestosterone. La spermatogenesi avviene nei tubuli seminiferi dalle cellule del Leydig nell’interstizio. Gli ormoni androgeni sono prodotti fondamentali per lo sviluppo dei caratteri sessuali secondari e nella funzione degli organi sessuali.

Testicolo

Il testicolo è rivestito dalla tonaca albuginea, che si inspessisce posteriormente a formare il mediastino, l'organo da cui si propagano i lobuli, che dividono in circa 250 regioni. Ogni lobulo contiene da 1 a 4 tubuli seminiferi. Gli spazi intertubulari fra le anse dei tubuli sono occupati da un connettivo lasso interstiziale contenente vasi e cellule del Leydig. Ogni tubulo confluisce nel tubulo retto e poi nella rete testis. Questa è in comunicazione con 10-12 condottini efferenti (veicolano gli spermatozoi verso l'epididimo).

L'epididimo, lungo circa 6 metri, si ripiega su sé stesso e presenta una testa, un corpo e una coda che continua con il dotto deferente. Il dotto deferente, lungo circa 30 cm, nella parte terminale presenta l'ampolla (rigonfiamento) ed è in contatto con il dotto eiaculatore. Il dotto eiaculatore, lungo 1-2 cm, è diviso in uretra prostatica e uretra peniena, tratto genitale, dopo aver attraversato insieme al dotto controlaterale la prostata si apre nell'uretra prostatica. Gli spermatozoi vengono resi mobili negli epididimi, e la progressione nelle vie genitali è dovuta a contrazioni peristaltiche della muscolatura dei dotti.

Il rifornimento di sangue deriva principalmente dall'arteria testicolare (arteria spermatica interna). La rete capillare testicolare è drenata da un complesso di vene che formano il plesso pampiniforme. Questo converge nella vena testicolare che sbocca dal testicolo:

• Destro: nella vena cava inferiore
• Sinistro: nella vena renale (ad angolo retto, motivo per il quale è più soggetto alla patologia del varicocele: dilatazione delle vene che porta ad uno scarso afflusso/deflusso di sangue)

Il plesso pampiniforme circonda l'arteria testicolare, permettendo il mantenimento della temperatura testicolare a 34°/35°.

Criptorchidismo

Criptorchidismo: i testicoli non migrano nello scroto, vi è il blocco della spermatogenesi per la temperatura troppo elevata, e aumenta il rischio di sviluppo di tumori testicolari.

Struttura dei tubuli seminiferi

I tubuli seminiferi sono formati dall'epitelio seminifero (pseudostratificato), costituito da varie generazioni di cellule germinali, fino agli spermatozoi, e dalle cellule del Sertoli. I tubuli sono delimitati da una tonaca formata da una membrana basale e da cellule muscolari lisce peritubulari (cellule mioidi), e dalle cellule del Leydig, esse hanno tre fasi di crescita:

• 14-18 settimane di vita intrauterina: le Leydig sintetizzano T e INSL-3 che causa la discesa dei testicoli, per poi degenerare
• Primo trimestre dopo la nascita: il picco di LH e T causa la proliferazione delle Leydig
• Con lo sviluppo puberale si formano le Leydig adulte

Cellule del Sertoli

Le cellule del Sertoli sono cellule polarizzate e ramificate, di forma triangolare, sono stazionarie e perenni: con i loro prolungamenti avvolgono ogni cellula germinale, accompagnandola fino alla spermiogenesi. Funzioni:

• Sostegno strutturale e nutritizio alle cellule germinali
• Fagocitosi di germinali in degenerazione e residui di spermatidi
• Regolazione del rilascio di spermatozoi
• Secrezione di molecole che mediano l'azione del FSH oltre che ABP, AMH e inibina
• Protezione delle germinali autoantigeniche dal sistema immunitario

Formano la barriera emato-testicolare, le cellule del Sertoli sono connesse da giunzioni occludenti. Queste giunzioni rendono inaccessibile lo spazio intercellulare. La barriera suddivide l'epitelio seminifero in:

• Compartimento basale: spermatogoni e spermatociti primari in preleptotene
• Compartimento adluminale: spermatociti in meiosi, germinali post-meiotiche, spermatidi, spermatozoi

Le giunzioni occludenti permettono agli spermatociti di migrare dal compartimento basale a quello adluminale nella transizione mitosi/meiosi. È la citochina TNF-α che regola l'apertura temporanea e la riformazione delle giunzioni.

Cellule mioidi

Le cellule mioidi sono responsabili della contrazione periduttale, necessaria per lo spostamento degli spermatozoi verso l'epididimo.

Nel periodo neonatale e nell'infanzia, la proliferazione delle Sertoli e delle Leydig porta ad un aumento della lunghezza dei cordoni seminiferi, la successiva secrezione da parte delle Sertoli trasforma i cordoni in tubuli seminiferi canalizzati. A questo punto inizia la spermatogenesi, la cui efficienza è correlata al numero delle Sertoli.

Spermatogenesi

È un processo discontinuo, dove gli spermatogoni si differenziano in spermatozoi. Inizia alla pubertà e continua tutta la vita. Dura circa 74 giorni. Per avere un ricambio continuo e non una certa quantità ogni 74 giorni il processo deve essere discontinuo. Si divide in tre fasi:

1. Fase mitotica: (20 giorni) sono protagonisti gli spermatogoni AD (A Dark, in quanto la cromatina compattata si colora), tipiche cellule staminali di riserva, e gli AP (A Pale, la cromatina che è dispersa non si colora). Gli AD hanno un basso indice mitotico, gli AP proliferano producendo sia altri spermatogoni AP che spermatogoni B. Gli spermatogoni B, per divisione mitotica, danno origine agli spermatociti primari in preleptotene. Il basso indice mitotico degli spermatogoni AD favorisce la fondamentale salvaguardia dell'integrità genomica della linea germinale. Gli spermatogoni AP destinati al differenziamento non completano la citodieresi, ma formano un clone con cui restano in comunicazione fino alla spermiazione, ciò favorisce la sincronia dello sviluppo e la distribuzione equilibrata dei geni. Inoltre, non tutte le cellule germinali terminano la spermatogenesi: 1/3 degenera per apoptosi.
2. Fase meiotica: (24 giorni) Gli spermatociti primari in preleptotene duplicano il proprio DNA: si condensano i cromosomi (leptotene della profase I). Si appaiano i cromosomi omologhi (zigotene). Vi è una ulteriore condensazione dei cromosomi omologhi (pachitene). Avviene il crossing-over e i cromosomi omologhi si separano (diplotene). Inizia la metafase, l'anafase e la telofase; al termine della quale abbiamo due spermatociti secondari. Questi iniziano la meiosi II (una mitosi senza duplicazione del DNA). Per ogni AP si formano 16 spermatidi.
3. Spermiogenesi: (30 giorni) Maturazione dello spermatide che diventa spermatozoo (polarizzato): si differenziano strutture come flagello ed acrosoma, e si modificano il nucleo e la forma della cellula (il citoplasma in eccesso è eliminato). Le cellule del Sertoli rilasciano gli spermatozoi nel lume dei tubuli seminiferi (spermiazione). La spermiogenesi è divisibile in quattro fasi:
   • Fase del Golgi: formazione dell'acrosoma, granuli originati dal Golgi formano vescicole
   • Fase del cappuccio: l'acrosoma aumenta di ampiezza e riveste i 2/3 anteriori della superficie nucleare, i due centrioli (prossimo e distale) migrano al polo opposto al granulo acrosomico
   • Fase acrosomale: il nucleo si oppone alla membrana cellulare nella zona del cappuccio acrosomale, inizia la formazione del flagello dal centriolo prossimale (il distale degenera) e i mitocondri migrano verso l'assonema, un fascio di microtubuli (manichette) si estendono dal cappuccio al flagello
   • Fase di maturazione: la testa acquisisce la forma ovalare

Nelle ultime fasi la cromatina diventa molto compatta, favorendo una riduzione del volume nucleare. C'è la comparsa di protamine (che sostituiscono gli istoni) (proteine basiche ricche di arginina). Subito prima della spermiazione il citoplasma residuo viene eliminato (corpi residuali).

Spermatozoi

Sono formati da una testa (costituita dal nucleo e dall'acrosoma) e da un flagello. Il nucleo ha 23 cromosomi (cromatina) e dall'acrosoma si liberano enzimi litici che permettono il transito nella zona pellucida. Il flagello ha: un collo (che contiene un centriolo e la placca basale, dalla quale originano le fibre dense esterne che circondano l'assonema) un segmento intermedio che contiene una serie di mitocondri, un segmento principale, che presenta l'annulus e le due colonne di guaina fibrosa (coste circonferenziali) ed un segmento terminale, costituito da assonema e membrana plasmatica.

• Ogni 16 giorni in piccole aree dei tubuli, una generazione di spermatogoni AP inizia la spermatogenesi.
• Differenti generazioni di germinali in corso di differenziamento sono stratificate nell'epitelio seminifero, la generazione più giovane è più prossima alla membrana, ed è possibile rinvenire nella sezione di tubulo fino a 4/5 generazioni diverse.
• Gli AP entrano in mitosi in momenti diversi nelle varie aree del tubulo. Gli stadi ciclo dell'epitelio seminifero sono dati dall'associazione di diverse generazioni nella stessa area del tubulo. L'epitelio seminifero presenta 6 stadi, la sequenza di esso si definisce ciclo dell'epitelio seminifero.

L'arco di tempo che trascorre tra le due successive comparse del medesimo stadio in una specifica area del tubulo è di 16 giorni. Servono 4/6 cicli affinché uno spermatogone AP termini la spermatogenesi (in 74 giorni).

L'onda dell'epitelio seminifero (topo) è rappresentata da una serie di tratti adiacenti di tubulo contenente tutti gli specifici stadi del ciclo. Caratteristica unica della spermatogenesi del topo è che sezioni del testicolo mostrano uno stesso livello di maturazione degli spermatozoi in ciascun tubulo seminifero.

Avviata la spermatogenesi tutti gli spermatozoi vengono rilasciati ogni 16 giorni, ma in aree diverse del tubulo la spermatogenesi inizia in momenti diversi, quindi l'intero tubulo garantisce una produzione continua.

Privilegio immunitario del testicolo

Durante la spermatogenesi le cellule germinali sviluppano antigeni che dovrebbero essere causa di risposta immunitaria, essa è prevenuta mediante uno sviluppato sistema linfatico che produce linfociti T regolatori, la barriera emato-testicolare, la presenza delle Sertoli che interferiscono con la risposta immunitaria e stimolano la produzione di linfociti T regolatori.

Regolazione endocrina, paracrina, autocrina della spermatogenesi

L'asse ipotalamo-ipofisi-testicolo controlla (mediante il GnRH) inizio e mantenimento della spermatogenesi con la secrezione di due gonadotropine:

• FSH: Agisce sulle cellule del Sertoli. La secrezione inizia intorno al terzo mese di vita fetale ed ha un picco nei primi 4-5 mesi di vita, diminuisce fino alla pubertà. Permette lo svolgimento di una spermatogenesi quantitativamente normale, regola la proliferazione delle cellule del Sertoli (capaci di prendere contatto con un numero limitato di germinali). Regola la secrezione da parte delle Sertoli di:
  • GDNF: mantiene le proprietà staminali, inibendo il differenziamento degli spermatogoni
  • SCF: fattore di sopravvivenza degli spermatogoni differenziati
  • Transferrina
  • ABP: (Androgen Binding Protein) concentra il testosterone nel liquido tubulare e converte estrogeni in T
  • Inibina B: inibisce la secrezione di FSH da parte dell'ipofisi (feedback negativo), FSH inibisce a sua volta l'inibina
  • Attivina: stimola la proliferazione FSH dipendente
  • AMH: permette la regressione dei dotti di Müller, dopo la 7°/8° settimana il sesso è determinato
• FSH: con il testosterone modula l'apoptosi spontanea limitando il numero di cellule germinali, in modo da permettere alle Sertoli di svolgere correttamente il loro compito di supporto. Quindi: in sinergia con il T, ha effetto sulla sopravvivenza delle cellule germinali, e sulla progressione da spermatogoni A a B.
• LH: Agisce sulle cellule del Leydig, che in risposta secernono testosterone (T). È secreto dall'adenoipofisi in risposta al GnRH secreto dall'ipotalamo. È implicato nella regolazione della sintesi e del rilascio del T da parte delle Leydig. Se si rimuovono le cellule del Leydig ma si tratta il testicolo somministrando T, si ha comunque spermatogenesi.

Testosterone: la secrezione inizia alla 8° settimana di sviluppo embrionale, sotto controllo del hCG con un picco alla 11° e 17° settimana, contribuisce al differenziamento sessuale delle gonadi in senso maschile. Alla 12° settimana vi è la secrezione delle gonadotropine. Il T ha effetto di feedback negativo sulla secrezione di LH dall'ipofisi e GnRH dall'ipotalamo, dalle cellule di Leydig. Controlla il differenziamento degli spermatociti primari dopo la profase della meiosi I, la transizione da spermatidi rotondi ad allungati e la spermiazione. L'azione combinata di T e FSH previene l'apoptosi.

Diidrotestosterone: DHT è 10 volte più potente del T, ed è prodotto per conversione ad opera della 5-α-reduttasi. Ha un ruolo fondamentale nel differenziamento dei genitali esterni. Estrogeni: derivano dall'aromatizzazione di androgeni da parte dell'enzima aromatasi.

Epididimo e maturazione degli spermatozoi

L'epididimo è composto da epitelio cilindrico pseudostratificato composto da tre strati di cellule:

• Cellule basali
• Cellule principali (presentano stereociglia sulla superficie)
• Cellule chiare (presentano stereociglia sulla superficie)

Uno spermatozoo impiega 2-6 giorni ad attraversare l'epididimo, durante questo periodo va incontro alla maturazione, acquisendo motilità e capacità di fecondare un ovocito. È necessario un microambiente luminale per la maturazione. La composizione del microambiente è garantita dalla barriera emato-testicolare. Essa svolge anche una funzione immunologica, nel proteggere gli spermatozoi autoantigenici, dall'attacco del sistema immunitario. Le cellule epiteliali dell'epididimo acidificano il fluido luminale, regolando la maturazione degli spermatozoi. Il fumo di tabacco inibisce l'acidificazione del fluido. L'acidificazione è garantita dall'opera delle cellule chiare che presentano sulla membrana una pompa protonica (V-ATPase) che secerne protoni.

Ovogenesi ed apparato genitale femminile

L'apparato genitale femminile comprende:

• Gonadi: (ovaie) organi pari dove ha luogo lo sviluppo e la maturazione degli ovociti
• Vie genitali: organi cavi formati da tessuto muscolare liscio e mucosa. Qui avviene l’incontro tra ovocito e spermatozoo, e lo sviluppo dell’embrione. Sono formati da:
  • Tube uterine: (10-12 cm) si aprono ad una estremità nella cavità pelvica (l'infundibolo) e con l'altra nell'utero. L'infundibolo presenta le fimbrie che avvolgono l'ovaio e incanalano l'ovocito maturo nell'ampolla, dove avviene la fecondazione. All'ampolla segue l'istmo, deputato ad accogliere l'embrione.
  • Utero: (lungo 6-7 cm e largo 3 e spesso 2) ha una forma a pera rovesciata e presenta un corpo, un istmo e un collo (cervice) percorso dal canale cervicale che comunica con la cavità vaginale.
  • Vagina: (7-9 cm di lunghezza) in essa vengono depositati gli spermatozoi che per fecondare l'ovocito dovranno risalire fino all'ampolla.

Ovaio

Lungo 2,5/5 cm, largo 1,5/3 cm e spesso 1 cm. È ricoperto da epitelio germinale (epitelio cubico semplice) al di sotto del quale si trova la tonaca albuginea (connettivo denso). Nella zona periferica (corticale) sono presenti follicoli, ognuno dei quali consiste in un ovocito circondato da cellule follicolari.

Ovogenesi

L'ovogenesi inizia prima della nascita: nell'ovaio gli ovogoni, dopo una serie di divisioni mitotiche, iniziano la meiosi diventando ovociti primari. Questi si arrestano in diplotene, vengono circondati da cellule follicolari (piatte) costituendo un follicolo primordiale (che giunge fino alla nascita). I follicoli primordiali sono la riserva di ovociti che non potendo essere rinnovata è destinata a diminuire nel tempo.

Dalla nascita alla pubertà, i follicoli iniziano a crescere ma degenerano in atresia poiché lo sviluppo dei follicoli dipende da segnali specifici endocrini e paracrini che iniziano durante lo sviluppo embrionale e continuano nella vita postnatale.