Fisiologia degli organi e degli apparati

Asse ipotalamo-ipofisario

L'asse ipotalamo-ipofisario è un insieme di ghiandole che regolano diverse funzioni tramite feedback negativi (più comuni) e feedback positivi. L'ipotalamo (ghiandola regolatrice) produce Gnrh (fattore di rilascio delle gonadotropine), il quale agisce sulle cellule dell'adenoipofisi (organo bersaglio) che producono gonadotropine (LH ormone luteinizzante e FSH ormone follicolo stimolante). Gli ormoni sono prodotti solo in caso di necessità. Le gonadotropine hanno come bersaglio le gonadi dove inducono lo sviluppo dei gameti e la secrezione di ormoni.

Tipi di secrezioni

• Secrezione endocrina: le sostanze vengono rilasciate nel sangue all'esterno della cellula (testosterone).
• Secrezione esocrina: le sostanze vengono rilasciate all'esterno dell'organismo (sudore, urina).

Categorie chimiche degli ormoni

• Ormoni steroidei (testosterone): hanno il recettore dentro la cellula, perché sono lipofili e passano il doppio strato fosfolipidico.
• Ormoni peptidici (LH e FSH): hanno il recettore sulla membrana, perché sono idrofili e non passano il doppio strato fosfolipidico.
• Ormoni derivati dagli amminoacidi (catecolamine).

Funzioni testosterone

• Stimola la spermatogenesi.
• Induce lo sviluppo dei caratteri sessuali secondari maschili (aumento di massa muscolare e conseguente aumento del metabolismo basale, timbro di voce maschile, barba, sviluppo di testicoli e sebo).
• Governa l'accrescimento.
• Aumenta gli eritrociti.

Apparato riproduttivo

Lo scopo dell'apparato riproduttivo è consentire la fecondazione. È formato da:

• Organi riproduttivi primari (gonadi): producono ormoni sessuali e gameti.
• Organi riproduttivi secondari (dotti e ghiandole annesse): trasportano i gameti facilitando la fecondazione.

I caratteri sessuali secondari sono caratteristiche fenotipiche di uomo e donna dovute agli ormoni sessuali.

Apparato riproduttivo maschile

Funzioni

• Spermatogenesi.
• Maturazione dei gameti.
• Controllo endocrino.
• Produzione di sperma.

Componenti

1. Testicoli (organi primari): contenuti nello scroto (funzione termo-regolatrice), cioè una sacca che tiene i testicoli fuori dall'addome dove la temperatura è troppo alta (37°C). I testicoli sono formati da:
   • Tubuli seminiferi (lunghi 250 m e ripiegati dentro al testicolo): sono molto lunghi per favorire una maggiore produzione di spermatozoi (maggiore probabilità di fecondazione). Producono i gameti. I tubuli sono formati da una membrana basale (esterna), un lume centrale (cavità), cellule del Sertoli (trapezoidali) unite tra loro per formare la parete. In ogni cellula del Sertoli sono presenti i gameti in via di sviluppo, i quali una volta prodotti, restano nel lume per poi procedere attraverso le vie spermatiche (dotti). I tubuli convergono in dotti sempre più grandi ma in minor numero detti rete testis, che a loro volta convergono nell'epididimo e successivamente nel dotto deferente. Il dotto deferente entra nella prostata dove prende il nome di dotto eiaculatore che confluisce nell'uretra (terminazione della vescica urinaria).
   • Spazio interstiziale: presenta le cellule endocrine del Leydig che secernono testosterone.
2. Organi secondari: ghiandole e organi esocrini che riversano il loro secreto nelle vie spermatiche (vescicole seminali, ghiandole bulbo-uretrali, prostata, uretra e pene).

Spermatogenesi

La spermatogenesi è un processo che avviene dalla pubertà in poi, prima della pubertà l'ipotalamo è immaturo (molto sensibile al testosterone). Con la maturazione dell'ipotalamo avviene un calo di sensibilità al testosterone, quindi è necessaria una sua maggiore secrezione per compiere il feedback negativo.

Le cellule di partenza sono gli spermatogoni (presenti già dall'età fetale); queste si riproducono per mitosi e danno inizio ad una serie di trasformazioni:

• Lo spermatogone tramite mitosi diventa spermatocita primario (aploide).
• Lo spermatocita primario tramite meiosi diventa spermatocita secondario.
• Lo spermatocita secondario tramite meiosi diventa spermatide (aploide).
• Ogni spermatide si trasforma in spermatozoo modificando la sua forma.

Da ogni spermatogonio si ottengono 64 spermatozoi (sono necessari molti spermatozoi per la fecondazione). Gli spermatozoi, una volta sviluppati (ancora senza capacità fecondante), vanno nel lume dei tubuli seminiferi. Qui, gli spermatozoi devono ancora maturare dal punto di vista funzionale tramite 2 fasi:

• Mobilitazione (epididimo): acquisizione della capacità di movimento.
• Capacitazione (vie genitali femminili): acquisizione della capacità fecondante.

Struttura dello spermatozoo

Ogni spermatozoo è formato da 3 parti:

1. Testa: presenta il nucleo (contente il DNA) e l'acrosoma, cioè una sacca contenente enzimi proteolitici (degradano le proteine che rivestono l'ovocita).
2. Corpo: presenta molti mitocondri che generano l'energia necessaria per conferire motilità allo spermatozoo.
3. Coda (flagello): formata da microtubuli. Permette la motilità (velocità di 20 cm/h).

Sperma

Il sperma è un liquido viscoso e gelatinoso (pH 6.5) formato da:

• Spermatozoi non capacitati;
• Secreti esocrini (secreto delle vesciche seminali = 60% dello sperma);
• Muco lubrificante;
• Fruttosio: carboidrato che nutre gli spermatozoi;
• Prostaglandine: inducono la contrazione del muscolo liscio dell'utero facilitando il movimento degli spermatozoi durante il loro percorso;
• Secreto prostatico: liquido basico, in un ambiente troppo acido gli spermatozoi non riuscirebbero a fecondare, si muovono solo se il pH è superiore a 6.
• Secreto pre-eiaculatorio (muco e spermatozoi): prodotto dalle ghiandole bulbo uretrali.

Eiaculazione

L'eiaculazione avviene in 2 fasi:

1. Fase pre-eiaculatoria (inconscia): se il liquido pre-eiaculatorio avviene all'interno può permettere la fecondazione. Il coito interrotto è una pratica contraccettiva che consiste nella tempestiva estrazione del pene dalla vagina prima dell'eiaculazione per evitare il contatto diretto dello sperma-vagina.
2. Fase di eiaculazione massiva (cosciente): emissione di 2-4 ml di sperma (ogni ml di sperma contiene 40-120 milioni di spermatozoi). La soglia di fertilità è di 20 milioni di spermatozoi per ml, infatti una delle cause di sterilità risiede nel basso numero di spermatozoi per ml.

Controllo endocrino delle funzioni riproduttive maschili

L'asse ipotalamo-ipofisi-gonadi regola il controllo endocrino delle funzioni riproduttive maschili:

L'ipotalamo produce Gnrh che ha come bersaglio le cellule dell'adenoipofisi, le quali vengono stimolate a produrre LH e FSH.

1. FSH ha come bersaglio le cellule del Sertoli, dove svolge 3 funzioni:
   • Stimola la spermatogenesi.
   • Stimola le cellule del Sertoli a produrre ABP (proteina legante androgeni). L'ABP lega il testosterone che essendo un ormone lipofilo non si scioglie nel sangue (ambiente acquoso) e quindi ha bisogno di legarsi ad una proteina trasportatrice per entrare nelle cellule del Sertoli.
   • Stimola la produzione di inibina, cioè un ormone che fa feedback negativo sull'adenoipofisi, in particolare sul FSH (se viene prodotta inibina, si riduce la produzione di FSH).
2. LH ha come bersaglio le cellule del Leydig che vengono quindi stimolate a produrre testosterone. Il testosterone:
   • Stimola le cellule del Sertoli a fare la gametogenesi;
   • Si lega alla ABP;
   • Fa feedback negativo su ipotalamo e adenoipofisi;

Apparato riproduttivo femminile

Funzioni

• Ovogenesi.
• Ciclo ovarico.
• Ciclo endometriale.

Componenti

1. Ovaie (organi primari): producono i gameti (cellule uovo) e producono ormoni (estrogeni e progesterone).
2. Organi secondari:
   • Utero (sede d'impianto dell'embrione): organo cavo che internamente presenta la cavità uterina (lume) che tramite la vagina si collega all'ambiente esterno. Ha 2 pareti:
   • Endometrio (interna): mucosa uterina.
   • Miometrio: muscolo liscio multiunitario che nel parto diventa unitario.
   • Vagina.
   • Tube uterine.
3. Organi esterni: clitoride, piccole e grandi labbra.

Ovogenesi

L'ovogenesi è un processo ciclico di produzione dei gameti femminili che inizia con la pubertà (gli ovogoni sono già presenti nel feto). La produzione di ovociti avviene contemporaneamente al ciclo ovarico (28 giorni circa). L'ovogenesi si interrompe quando la donna raggiunge il periodo della menopausa (38-55 anni). I gameti si formano nei follicoli ovarici (strutture che racchiudono l'ovocita). Dalla pubertà, si ha l'aumento di FSH che dà inizio al primo ciclo dove solo un follicolo raggiungerà la piena maturazione e potrà essere fecondato (importante un'alta presenza di ovogoni). Follicolo e ovocita si sviluppano in parallelo durante ogni ciclo.

L'ovogenesi è formata da diverse tappe:

• Gli ovogoni (cellule di partenza), nel feto si moltiplicano per mitosi. Alcuni ovogoni si sviluppano diventando ovociti primari.
• Gli ovociti primari, nel feto iniziano la meiosi I che alla nascita si arresta. Dalla pubertà in poi, la meiosi I interrotta, riprende e al suo completamento l'ovocita primario diventa ovocita secondario (solo un ovocita primario per ogni ciclo completa la meiosi I).
• L'ovocita secondario inizia la meiosi II (viene espulso dall'ovaio) che viene completata solo in caso di fecondazione diventando cellula uovo matura. Gli ovociti che non raggiungono lo stato di cellula uovo matura vengono eliminati (atresia).

Tappe di maturazione del follicolo

Lo sviluppo del follicolo dipende dall'accrescimento dell'ovocita e dalla formazione di teca e antro.

1. Formazione follicolo primario: il follicolo primordiale (ovocita primario + singolo strato di cellule) modifica il suo monostrato in un pluristrato. Si inizia a formare la teca, cioè un insieme di cellule endocrine che circondano il follicolo. Le cellule follicolari della granulosa e il follicolo iniziano a produrre ormoni e così si forma il follicolo primario. Molti follicoli primordiali si trasformano in follicoli primari, ma non tutti poi si trasformano in follicoli secondari.
2. Formazione follicolo secondario: nel follicolo primario si inizia a formare l'antro (cavità piena di liquido), la teca continua a svilupparsi iniziando a produrre estrogeni. In questo modo il follicolo primario diventa follicolo secondario.
3. Formazione follicolo terziario maturo (di Graff): l'ovocita primario diventa secondario completando meiosi I, dopodiché inizia anche la meiosi II. L'antro si ingrandisce sempre di più (aumenta il suo liquido) ed il follicolo sporge dalla parete dell'ovaio. Solo un follicolo secondario può diventare follicolo terziario (10-14 esimo giorno del ciclo).
4. Ovulazione (espulsione dell'ovocita dall'ovaio): il follicolo terziario, pieno di liquido, scoppia (14 esimo giorno precedente la fine del ciclo) liberando l'ovocita nella cavità peritoneale, dove viene catturato dalle fimbrie (digitazioni delle tube uterine che circondano l'ovaio). Prima dell'ovulazione si verifica un picco di LH scatenato da un picco di estrogeni (raro feedback positivo). L'aumento di LH fa aumentare il liquido nell'antro causando lo scoppio del follicolo. Al termine dell'ovulazione, l'ovocita secondario è pronto per essere fecondato.
5. Formazione corpo luteo: il corpo luteo è ciò che resta del follicolo scoppiato. È una ghiandola endocrina transitoria (vita limitata) che secerne progesterone ed estrogeni. L'ovocita dopo l'espulsione dall'ovaio resta disponibile alla fecondazione per 24 ore:
   • Se non avviene la fecondazione, il corpo luteo diventa corpo luteo mestruale (piccolo) e permane per circa 9 giorni.
   • Se avviene la fecondazione, il corpo luteo diventa corpo luteo gravidico e permane per mesi continuando a secernere progesterone, utile per l'inizio della gravidanza.
   In entrambi i casi, il corpo luteo regredisce trasformandosi in corpo albicante.
6. Formazione corpo albicante: è una struttura fibrosa inattiva che si forma il seguito ad un crollo di progesterone ed estrogeni che causa a livello dell'ipotalamo un aumento nella secrezione di Gnrh che dà inizio ad un nuovo ciclo ovarico.
   • Se non avviene la fecondazione, il corpo luteo diventa corpo albicante dopo 9 giorni.
   • Se avviene la fecondazione, il corpo luteo diventa corpo albicante nel momento in cui si forma la placenta (3 mesi dopo la fecondazione). In caso di fecondazione, un ormone detto gonadotropina corionica umana continua a essere rilasciato per tenere in vita il corpo luteo oltre i 9 giorni.

Ciclo ovarico (ciclo mestruale)

Il ciclo ovarico è l'insieme dei processi che avvengono nelle ovaie. È diviso in 2 fasi dall'evento dell'ovulazione:

• Follicolare: durata variabile (1-3 settimane). Si sviluppa il follicolo.
• Luteinica: durata fissa di 14 giorni. Vita del corpo luteo e del corpo albicante.

Controllo endocrino della funzione ovarica

Il controllo endocrino della funzione ovarica è regolato dall'asse ipotalamo-ipofisi:

1. FSH ha come bersaglio le cellule della granulosa dove svolge 3 funzioni:
   • Stimola l'ovogenesi.
   • Stimola la produzione di inibina (ormone che fa feedback negativo sull'FSH).
   • Stimola le cellule della granulosa a produrre estrogeni.
2. LH ha come bersaglio le cellule della teca dove svolge alcune funzioni:
   • Stimola le cellule della teca a produrre androgeni (precursori degli estrogeni). Le cellule della teca trasformano gli androgeni in estrogeni.

Grafico delle variazioni ormonali nel ciclo ovarico

La concentrazione di ormoni nel sangue varia al variare del giorno del ciclo.

1. Fase follicolare primordiale (primi 3-4 giorni del ciclo):
   • Ovaie: estrogeni, inibina e progesterone (quasi nullo) sono molto bassi, perché il follicolo (non maturo) e le sue cellule ancora non li rilasciano.
   • Adenoipofisi: gli estrogeni non fanno feedback negativo, ma si verifica un lieve aumento di FSH e LH.
2. Fase follicolare intermedia (fino al giorno 10-12):
   • Ovaie: si sviluppano i follicoli quindi aumenta il rilascio di estrogeni, mentre progesterone e inibina restano quasi nulli.
   • Adenoipofisi: gli estrogeni fanno feedback negativo, quindi LH e FSH restano costanti e bassi.
3. Fase follicolare tardiva:
   • Ovaie: gli estrogeni aumentano in relazione allo sviluppo del follicolo. Aumenta l'inibina, mentre il progesterone resta nullo.
   • Adenoipofisi: quando gli estrogeni superano una certa quantità fanno feedback positivo sulle gonadotropine (LH e FSH) che quindi, aumentano la loro concentrazione. Il picco di FSH è più basso di quello del LH perché l'inibina agisce con feedback negativo sulla secrezione del FSH. Il picco del LH fa scoppiare il follicolo.
4. Fase luteinica:
   • Estrogeni ed inibina calano perché il corpo luteo non si forma immediatamente. LH e FSH tornano bassi e restano costanti per tutta la fase luteinica.
   • Si forma il corpo luteo che produce estrogeni, progesterone e inibina che fanno feedback negativo.
5. Fase luteinica tardiva:
   • Il corpo luteo diventa corpo albicante che non produce ormoni, quindi estrogeni, progesterone e inibina calano (non c'è più nemmeno il feedback).
   • LH e FSH non sono più inibiti e quindi aumentano.

Durante uno stesso ciclo possono avvenire più ovulazioni contemporaneamente (scoppiano più follicoli). I cicli anovulatori (senza ovulazione) sono cicli dove non si verifica il picco di LH e FSH e non consentono la fecondazione. Si verificano in 3 situazioni fisiologiche e in 2 situazioni non fisiologiche:

• Alla pubertà (primi cicli) o in prossimità della menopausa (ultimi cicli).
• Una volta all'anno durante la vita fertile.
• Dopo l'assunzione di anticoncezionali orali.
• In condizioni emozionali intense (ansia acuta).

Ciclo endometriale

Il ciclo endometriale concerne processi a carico dell'endometrio dove avvengono variazioni cicliche dovute alla presenza di ormoni ovarici. Il ciclo endometriale è contemporaneo al ciclo ovarico, si divide in 3 fasi (le prime 2 coincidono con la fase follicolare del ciclo ovarico, mentre la terza fase coincide con la fase luteinica).

1. Fase mestruale: l'endometrio si sfalda per l'assenza di estrogeni e progesterone causando perdita di sangue (ischemia vasale) e tessuto (necrosi tissutale) che tramite la contrazione del miometrio, vengono espulsi dalla vagina. Il sangue è ricco di globuli bianchi (proteggono l'utero dalle infezioni) e fibronolisina (sostanza anticoagulante).
2. Fase proliferativa: il follicolo inizia a produrre estrogeni che fanno ispessire endometrio e miometrio (aumenta la contrattilità) e fanno crescere di numero e dimensioni le ghiandole esocrine. In questa fase iniziano ad essere espressi i recettori per il progesterone.
3. Fase secretoria: lo spessore dell'endometrio resta costante. Incomincia la secrezione di progesterone che trasforma l'endometrio in un organo secernente sostanze nutritive (glicogeno) destinate all'eventuale ovulo fecondato che si impianta nell'endometrio. In assenza di fecondazione, l'endometrio si prepara comunque alla produzione di sostanze nutritive dopodiché si sfalda ricominciando il ciclo.

Menopausa

La menopausa è la cessazione del ciclo ovarico ed endometriale. La cessazione totale è preceduta dalla pre-menopausa (fase climaterio), durante la quale si riduce l'attività delle ovaie ed i cicli diventano sempre meno frequenti (calo di estrogeni e aumento di FSH). Dopo la cessazione totale dei cicli (post-menopausa) si riducono le concentrazioni degli ormoni ovarici e si verificano:

• Osteoporosi (alterazione del metabolismo osseo).
• Atrofia dei genitali.
• Variazioni umorali.
• Sindrome vaso motoria.

Funzioni ormoni ovarici

1) Estrogeni: