Prevenzione delle malattie. Prevenzione e terapia dell'infertilità

Prevenzione delle malattie - Prevenzione e terapia dell'infertilità

Prof. Ferrari

Obiettivi formativi del modulo

Conoscenza delle cause e della terapia dell'infertilità maschile e femminile.

Risultati dell'apprendimento

Conoscenza della fisiopatologia della riproduzione umana. Comprensione della fisiologia e dell'endocrinologia dell'apparato riproduttivo femminile. Valutazione delle tecniche più idonee di PMA e conoscenza delle tecniche di manipolazione dei gameti maschili e femminili in laboratorio.

Attività di supporto

Possibilità di frequentare laboratorio C.I.R.

Testi consigliati e bibliografia

Appunti e slides delle lezioni. (Testo di riferimento: "Endocrinologia della riproduzione". Verduci Editore. Yen)

Programma

• Ovogenesi.
• Spermatogenesi.
• Fecondazione.
• Sterilità maschile e femminile (cause e prevenzione).
• Tecniche di procreazione medicalmente assistita (AIH-IU, FIVET, ICSI).
• Legislazione.

Fisiologia dell'apparato riproduttore maschile e femminile

L'ovogenesi

Alla fine del 5^o mese di vita intrauterina, le due gonadi contengono circa sette milioni di ovogoni, le cellule germinali primordiali. Tutti gli ovogoni sono indotti ad iniziare la meiosi, o a degenerare, durante la vita fetale, con il risultato che alla nascita una donna ha già tutti gli ovociti che potrà avere nel resto della vita.

Mentre si svolgono le prime fasi della meiosi, gli ovociti primari vengono ad essere circondati dalle cellule piatte dei cordoni corticali, le cellule follicolari, che formano un rivestimento monocellulare e secernono all’esterno una membrana basale chiamata membrana propria. Il sistema formato da un ovocita primario circondato da un singolo strato di cellule follicolari piatte, a loro volta circondate dalla membrana propria, è noto come follicolo primordiale e rappresenta l’unità funzionale dell’ovaio.

Follicologenesi

Poco dopo la formazione dei follicoli primordiali, gli ovociti si arrestano nel diplotene della prima profase meiotica. In questo stadio di diplotene sospeso (spesso chiamato dictiotene), l’ovocita primario accumula nel citoplasma varie proteine e numerosi RNA messaggeri che serviranno subito dopo la fecondazione. Il nucleo, che si ingrandisce notevolmente, acquistando un caratteristico aspetto traslucido, è generalmente noto come vescicola germinale.

Nota: il meccanismo che provoca l’arresto della meiosi non è ancora del tutto chiaro, ma sembra che sia dovuto ad una sostanza di inibizione della meiosi ovocitaria (OMI) che è prodotta dalle cellule follicolari e che viene trasmessa all’ovocita attraverso una serie di giunzioni comunicanti.

• Inizio (durante la vita fetale)
• Arresto in diplotene
• Ripresa (in qualsiasi momento, dalla pubertà alla menopausa)

Nota: la ripresa dell’ovogenesi è spesso chiamata anche follicologenesi, perché comincia con un aumento delle dimensioni dei follicoli primordiali ed i cambiamenti dell’ovocita vanno di pari passo con i cambiamenti dell’intero follicolo.

Dall’inizio della pubertà, un piccolo numero di follicoli primordiali entra nella fase di accrescimento ogni giorno, ma in genere soltanto uno di essi riesce a compiere l’ovogenesi e ad essere espulso dall’ovaio al momento dell’ovulazione.

I follicoli primordiali, contenenti l’ovocita arrestato in diplotene, in attesa del segnale che faccia loro riprendere lo sviluppo, sono investiti costantemente da ondate di degenerazione, cosicché il loro numero diminuisce di continuo in tutto il corso della vita, a partire già da prima della nascita. Dal quinto mese di sviluppo intrauterino in poi, infatti, ovogoni, ovociti primari e follicoli primordiali cominciano a degenerare, formando nell’ovaio i cosiddetti corpi atresici, col risultato che alla nascita restano circa 1 o 2 milioni di ovociti primari, tutti organizzati in follicoli primordiali.

Il ciclo ovarico

Mentre la ripresa dell’ovogenesi è un fenomeno continuo, il suo completamento è un fenomeno ciclico e la sua ripetizione periodica costituisce il ciclo ovarico della donna. Il ciclo ovarico è definito tecnicamente come il periodo che intercorre tra due ovulazioni successive, ma in pratica si preferisce studiarlo come il periodo tra due mestruazioni successive. In questo modo l’ovulazione viene a cadere verso la metà del ciclo e lo suddivide in due fasi (una prima ed una dopo l’ovulazione), che hanno caratteristiche fisiologiche nettamente diverse.

Nota: mentre la fase luteinica è continua, la fase follicolare presenta due punti critici.

• Prima dell’ovulazione, gli ormoni dominanti sono gli estrogeni emessi dal follicolo in accrescimento. Per tale ragione, questo periodo è chiamato fase follicolare del ciclo.
• Dopo l’ovulazione, gli ormoni dominanti sono i progestinici emessi dal corpo luteo. Per tale ragione, questo periodo è chiamato fase luteinica del ciclo.

Questi due punti critici suddividono la fase follicolare in tre sottofasi fisiologicamente diverse, note rispettivamente come:

• Fase preantrale
• Fase antrale
• Fase preovulatoria

La fase preantrale

Dopo la pubertà, ogni giorno un piccolo numero di follicoli primordiali è stimolato a riprendere l’ovogenesi ed entra nella prima fase di accrescimento del follicolo. In questa fase, la maggior parte della crescita avviene nell’ovocita primario, che aumenta il suo diametro da circa 20 a oltre 100 μm. Tale aumento è dovuto al fatto che l’ovocita sintetizza e accumula nel citoplasma enormi quantità di riserve metaboliche e di molecole regolatrici che saranno utilizzate negli stadi successivi dello sviluppo.

Mentre l’ovocita si ingrandisce, le cellule follicolari vanno incontro a quattro tipi principali di modificazioni:

• Cambiano forma (diventando cubiche) e proliferano attivamente trasformando il follicolo primordiale in follicolo primario. Durante la proliferazione, queste cellule si dispongono in più strati e prendono il nome di cellule della granulosa, per distinguerle da altre cellule che vengono ad associarsi al follicolo (le cellule tecali). Tra le cellule della granulosa si forma una fitta rete di giunzioni comunicanti che permette lo scambio di metaboliti, sia tra di loro che con l’ovocita. Questa rete è importante perché lo strato della granulosa è totalmente privo di vasi.
• Le cellule della granulosa, insieme all’ovocita, cominciano a secernere grandi quantità di glicoproteine (in particolare ZP1, ZP2, ZP3) che vanno a formare intorno all’ovocita una barriera acellulare, la zona pellucida. I contatti tra la granulosa e l’ovocita vengono mantenuti dalla formazione di prolungamenti citoplasmatici, che attraversano la zona pellucida in entrambi i sensi e formano giunzioni comunicanti tra i due tipi di cellule.
• Formazione di un nuovo strato cellulare alla superficie del follicolo. Cellule dello stroma ovarico vengono a condensarsi sulla membrana propria e formano una matrice chiamata teca. Questa, a differenza della granulosa, è riccamente vascolarizzata ed in essa si distinguono due strati: teca interna (ghiandolare e ricca di vasi, circondata da una capsula fibrosa) e teca esterna.
• La quarta e cruciale modifica del follicolo avviene verso la fine della fase preantrale e consiste nella comparsa di recettori per le gonadotropine sulla membrana di entrambi i tipi cellulari. Le cellule della granulosa esprimono i recettori per l’ormone follicolostimolante (FSH), le cellule tecali i recettori per l’ormone luteinizzante (LH).

Importante: questi recettori sono essenziali per la continuazione dell’ovogenesi, perché mentre tutti i cambiamenti precedenti erano indipendenti dall’influenza ormonale, il passaggio alla fase successiva può avvenire soltanto in presenza di gonadotropine.

Nota: la durata della fase preantrale è molto variabile ed è difficile da stabilire con precisione. Si pensa che vada da 3 a 5 giorni.

La fase antrale

La maggior parte dei follicoli che arrivano alla fine della fase preantrale non entra in quella successiva, ma va incontro ad atresia. L’atresia viene evitata solo se in circolo sono presenti adeguate concentrazioni di FSH e di LH e se il follicolo ha acquisito un numero sufficiente di recettori per questi ormoni. Il legame delle gonadotropine ai propri recettori induce una ondata di proliferazioni sia nelle cellule tecali che nelle cellule della granulosa, con conseguente ulteriore crescita del follicolo. Queste proliferazioni sono indispensabili per portare il follicolo nella sua seconda fase di accrescimento, la fase antrale.

Questa fase è così chiamata perché, in parallelo alla proliferazione cellulare, si ha la secrezione di un liquido che forma dapprima diverse cavità nello strato della granulosa, successivamente un unico grande antro in espansione costante. I follicoli che sviluppano un antro sono noti anche come follicoli secondari, ed in un tipico ciclo ovarico ce ne sono circa 15-20. In questa seconda fase dell’ovogenesi, l’ovocita non aumenta le sue dimensioni, mentre le aumenta di molto il follicolo, sia per proliferazione delle cellule che per accumulo di liquido antrale.

Alcune cellule della granulosa che circondano l’ovocita formano il cosiddetto cumulo ooforo, struttura che sporge quasi completamente nel liquido follicolare e che resta attaccata allo strato della granulosa solo attraverso un piccolo cordone di cellule. La formazione dell’antro è seguita da un grande aumento di volume del follicolo, dovuto sia alla secrezione di liquido antrale che alla proliferazione delle cellule follicolari. Il cambiamento strutturale associato alla formazione dell’antro corrisponde ad un preciso cambiamento funzionale, che trasforma il follicolo in una vera e propria ghiandola endocrina, incaricata di produrre quantità crescenti di androgeni ed estrogeni (ed in una fase successiva anche di progestinici).

Gli androgeni, androstenedione e testosterone, sono prodotti esclusivamente dalle cellule della teca interna, che hanno recettori solo per l’LH. La maggior parte degli estrogeni, soprattutto estradiolo, viene prodotta dalle cellule della granulosa, capaci di aromatizzare gli androgeni prodotti dalle cellule tecali e di trasformarli in estrogeni, sotto lo stimolo fornito dall’FSH. L’FSH, una volta legatosi ai suoi recettori, induce le cellule della granulosa a proliferare e ad esprimere un numero maggiore di recettori per l’FSH. Anche l’estradiolo ha un analogo doppio effetto sulle cellule della granulosa, stimolandole sia a proliferare che ad esprimere quantità crescenti di recettori per gli estrogeni.

Questi effetti portano, con un meccanismo di feedback positivo, ad una moltiplicazione esplosiva, per cui le cellule della granulosa, stimolate a proliferare sia dall’FSH che dall’estradiolo, rispondono producendo quantità maggiori di recettori per l’FSH e per gli estrogeni, venendo stimolate ad una proliferazione ulteriore ed ancora più vigorosa. La conseguenza di questa escalation è che non appena un follicolo (il cosiddetto follicolo dominante) acquista un numero di recettori superiore a quello dei vicini, tende a proliferare ed a crescere più rapidamente, sottraendo agli altri follicoli quantità sempre maggiori di FSH ed estradiolo.

Questo meccanismo spiega perché solo un follicolo (in genere) riesce a raggiungere le grandi dimensioni che sono necessarie per completare la fase antrale e per entrare in quella successiva. Importante: verso la fine della fase antrale, gli alti livelli di estrogeni e di FSH inducono un altro cambiamento critico: le cellule della granulosa esprimono anche recettori per l’LH ed il legame LH-recettore induce un grande cambiamento delle proprietà del follicolo: ora il follicolo riduce la produzione di recettori per FSH ed estrogeni e diventa capace di produrre progesterone. Questo cambiamento predispone il follicolo a terminare la fase antrale ed a passare, se le condizioni sono favorevoli, alla fase successiva del ciclo ovarico. La durata della fase antrale è molto variabile ed è compresa, in genere, tra gli 8 e i 12 giorni.

La fase preovulatoria

La comparsa di recettori per l’LH è una condizione necessaria, ma non sufficiente per assicurare il passaggio del follicolo alla fase preovulatoria. Ancora una volta il destino del follicolo è quello di degenerare, a meno che non venga “salvato” da una adeguata concentrazione di gonadotropine nell’ambiente che lo circonda. In questo caso, per salvare dall’atresia il follicolo antrale maturo sono necessarie concentrazioni di FSH e di LH molto più alte dei valori normali.

Poche ore prima dell’ovulazione si ha un picco molto elevato di FSH ed una vera e propria ondata di LH. Questo spiega perché solo i follicoli che raggiungono la fine della fase antrale nel breve periodo di tempo che precede l’ovulazione sono in grado di “cogliere l’onda” delle gonadotropine e di passare alla fase successiva del ciclo ovarico. Questa fase è chiamata preovulatoria perché precede di poco (in media dura solo 37 ore) l’evento centrale del ciclo, l’ovulazione vera e propria.

L’evento più importante che avviene in essa è la ripresa della meiosi ed il segno più evidente di questo evento è la rottura esplosiva della membrana che circonda il nucleo (la vescicola germinale). Poche ore dopo che è passata l’ondata dell’LH, l’ovocita si sveglia dal blocco meiotico in cui è rimasto per decenni, completa le prime fasi della divisione meiotica e poi compie una straordinaria divisione cellulare: quasi tutto il citoplasma viene dato ad una sola delle due cellule figlie (l’ovocita secondario) e pochissimo all’altra (il globulo polare).

All’interno dell’ovocita secondario comincia subito la seconda divisione meiotica che, però, si arresta una seconda volta in metafase. Nota: è stato scoperto che la ripresa della meiosi dipende da un fattore specifico, chiamato MPF, la cui attivazione nell’ovocita primario richiede la presenza di progesterone. Nel 1989 è stato invece scoperto che il secondo arresto della meiosi è provocato da un fattore citostatico (CSF). Importante: l’ovocita secondario resta bloccato in metafase anche durante l’ovulazione e riprenderà la meiosi solo se verrà fertilizzato.

Altri importanti cambiamenti della fase preovulatoria

• Formazione delle vescicole corticali nella zona sottostante alla membrana cellulare
• Scomparsa dei prolungamenti citoplasmatici e delle giunzioni che mettevano in comunicazione l’ovocita con le cellule della granulosa
• Considerevole aumento di volume del follicolo, il cui diametro passa da 6 a oltre 20 mm

Nota: in questa fase dell’ovogenesi, il follicolo preovulatorio è chiamato anche follicolo terziario (o follicolo di Graaf) ed il suo cumulo ooforo contiene un ovocita che ha un diametro di circa 100-150 μm.

L'ovulazione

L’accrescimento che avviene durante la fase preovulatoria porta il follicolo a raggiungere le sue dimensioni massime e provoca un rigonfiamento visibile sulla superficie dell’ovaio. La zona dove si forma questo rigonfiamento diventa presto un’area avascolare, biancastra, nota come stigma ed in quel punto il follicolo è separato dalla cavità peritoneale soltanto da uno strato molto sottile di cellule.

Un tempo si pensava che la rottura del follicolo fosse provocata dalla pressione del liquido follicolare, successivamente si è visto che essa è dovuta all’azione diretta di enzimi litici come la plasmina e la collagenasi. L’ovocita, circondato da alcune cellule del cumulo ooforo, che formano attorno ad esso la cosiddetta corona radiata, viene espulso lentamente dall’ovaio, assieme al fluido viscoso dell’antro.

In molte specie, compresa quella umana, la superficie dell’ovaio si apre direttamente sulla cavità peritoneale, ma le fimbrie dell’ovidotto si trovano poco lontano e nel periodo dell’ovulazione si avvicinano sensibilmente alle gonadi. Nella grande maggioranza dei casi, pertanto, esse riescono a catturare l’ovocita ed a spingerlo dentro al padiglione della tuba. Al momento dell’ovulazione non si rompe solo lo stigma, ma anche la membrana propria che separava la teca dalla granulosa, e ciò produce la vascolarizzazione della granulosa, la penetrazione in essa di alcune cellule della teca interna e la formazione di un coagulo al centro del follicolo ovulato.

In questo modo, il follicolo viene ad essere costituito da un nucleo di fibrina, circondato da cellule della granulosa frammiste a cellule della teca interna e da uno strato esterno di cellule tecali fibrose. Con questa struttura, esso inizia una nuova metamorfosi: la trasformazione in corpo luteo.

La fase luteinica

Dopo l’ovulazione, il follicolo collassato si trasforma in corpo luteo, ghiandola endocrina la cui funzione principale è quella di produrre progesterone e, in quantità minori, estrogeni (soprattutto estradiolo). Il mantenimento del corpo luteo è sostenuto dall’LH: questa gonadotropina pertanto non è soltanto luteinizzante ma anche luteotrofa, ossia non ha solo una funzione proliferativa ma anche nutritiva. Nella specie umana, questa funzione trofica è esercitata anche dalla prolattina e dall’estradiolo.