Физиология мужских половых желез — яичек

Яички осуществляют две важнейшие функции: в них вырабатываются и созревают сперматозоиды и происходит синтез и секреция половых гормонов.

В этой статье изложены физиологические ос­новы функции яичек. Если специально не указано, речь идет о половых железах человека. Сведения, полученные на экспериментальных животных, при­водятся лишь в тех случаях, когда соответствующие данные о человеке неизвестны или не могут быть получены по этическим соображениям. Описание анатомической организации яичек и физиологии созревания зародышевых клеток дано примени­тельно к человеку и должно служить основой пони­мания эндокринной и паракринной регуляции муж­ских половых желез. Далее освещается функцио­нальная анатомия гипоталамо-гипофизарно-тестикулярной оси — классической эндокринной систе­мы, а также местная регуляция функции яичек. имеющая важное значение для особо «тонкой на­стройки» процесса созревания зародышевых кле­ток. Заключительный раздел содержит подробные сведения о синтезе и биологических эффектах ан­дрогенов.

Видео — про анатомию мужских половых органов:

Функциональная организация яичек

В яичках вырабатываются сперматозоиды и муж­ские половые гормоны (андрогены). Все процессы, имеющие отношение к продукции гамет, объединя­ются термином сперматогенез. тогда как совокуп­ность ферментативных реакций синтеза мужских стероидных гормонов называется стероидогенезом. Сперматогенез и стероидогенез протекают в двух морфологически и функционально разных отделах яичек: канальцевом. состоящем из семенных каналь­цев (tubuli seminiferi), и интерстициальном (interstitium ), занимающим пространство между канальцами. Различаясь анатомически, эти отделы тесно связаны друг с другом. Продукция нормально­го количества полноценных сперматозоидов воз­можна лишь при сохранности обоих отделов. Функ­ции яичек и, соответственно, их отделов зависят прежде всего от гипоталамических структур и гипо­физа (эндокринная регуляция ), но важную роль играют и местные регуляторные механизмы (паракринные и аутокринные факторы).

Интерстициальный отдел яичек

Самые важные клетки этого отдела — клетки Лейдига. Именно они служат источником тестосте­рона в яичках. Помимо клеток Лейдига, интерсти­циальный отдел содержит клетки иммунной системы, кровеносные и лимфатические сосуды, нервы, фибробласты и рыхлую соединительную ткань. У экспе­риментальных животных этот отдел занимает при­мерно 12-15% общего объема яичка, из которых 10-20% приходится на долю клеток Лейдига. В яич­ках человека присутствует около 200х106 клеток Лейдига.

Смотрите видео — инструкция к применению яичек:)

Клетки Лейдига

Эти клетки впервые были описаны в 1850 г. Францем Лейдигом (1821-1908). Они синтезируют и секретируют самый важный мужской половой гор­мон — тестостерон. Морфологи различают незрелые и зрелые клетки Лейдига.

Зрелые клетки Лейдига богаты гладким эндоплазматическим ретикулумом и митохондриями с трубча­тыми кристами. Такое строение типично для всех стероид-продуцирующих клеток, например клеток надпочечников и яичников. Другие существенные элементы цитоплазмы — гранулы липофусцина (ко­нечного продукта эндоцитоза и лизосомной дегра­дации) и липидные капли. в которых протекают на­чальные стадии синтеза тестостерона.

В клетках Лейдига нередко присутствуют особые образования, называемые кристаллами Рейнке. которые предста­вляют собой, вероятно, субъединицы глобулярных белков с неизвестной функцией. Находящаяся под контролем ЛГ скорость пролиферации клеток Лейди­га взрослого человека весьма невелика. В зрелых яичках под влиянием ЛГ эти клетки дифференциру­ются из мезенхимальных и сходных с фибробластами клеток интерстициального пространства.

В яичках плода мезенхимальные клетки пре­вращаются в клетки Лейдига под действием ХГ. Пока неясно, образуются ли клетки Лейдига еще и из мак­рофагов и нервных клеток яичек.

Макрофаги и лимфоциты

Кроме клеток Лейдига в интерстициальном отде­ле присутствуют клетки иммунной системы — мак­рофаги и лимфоциты. На каждые 10-50 клеток Лей­дига приходится по одному макрофагу. Макрофаги, секретируя цитокины, могут влиять на пролифера­цию, дифференцировку и продукцию стероидов клетками Лейдига.

Макрофаги секретируют как сти­муляторы, так и ингибиторы стероидогенеза. У мышей, лишенных колониестимулирующего фактора I (КСФ-I), макрофаги отсутствуют. Резко сниженная в таких условиях секре­ция тестостерона после введения КСФ-I восстана­вливается. Роль макрофагов в иммунологической защите яичек более подробно рассмотрено в последующих статьях.

Канальцевый отдел яичек

В канальцевом отделе, занимающем около 60-80% общего объема яичек, происходит сперма­тогенез. В этом отделе присутствуют зародышевые клетки и два разных вида соматических клеток — околоканальцевые клетки и клетки Сертоли. Соеди­нительнотканные перегородки делят яичко пример­но на 250-300 долек. каждая из которых содержит от 1 до 3 сильно извитых семенных ка­нальцев.

Всего в яичке человека содержится около 600 семенных канальцев. Длина отдельных каналь­цев колеблется от 30 до 80 см, а их общая протя­женность в каждом яичке достигает 360 м. Таким образом, у человека имеется 720 м семенного эпи­телия.

Околоканальцевые клетки

Стенку семенного канальца образует собствен­ная пластинка (lamina propria), состоящая из базальной мембраны, слоя коллагеновых волокон и околоканальцевых клеток (миофибробластов).

Миофибробласты — это малодифференцированные миоциты, способные к спонтанным сокраще­ниям. Они располагаются вокруг канальца пласта­ми, образуя до шести концентрических слоев, раз­деленных прослойками коллагена.

Это отличает яички человека от тестикул большинства других млекопитающих, у которых семенные ка­нальцы окружены всего 2-4 слоями миофибробла­стов.

Околоканальцевые клетки вырабатывают ряд факторов, участвующих в процессе сокращения: панактин, десмин, гельсолин, гладкомышечный миозин и актин. Они также секретируют внеклеточный матрикс и факторы, ти­пичные для клеток соединительной ткани: виментин и белок фибробластов.

Околоканальцевые клетки, как показано на крысах, периодически со­кращаются, вызывая перистальтику семенных ка­нальцев. Полагают, что сокращения этих клеток способствует продвиже­нию зрелых сперматозоидов по семенным каналь­цам к выходу. Регуляторами сокращения миофи­бробластов могут быть окситоцин, окситоцинподобные вещества, простагландины и андрогены.

На активность околоканальцевых клеток эксперимен­тальных животных влияют эндотелиины, эндотелеин-превращающие ферменты и эндотелииновые рецепторы. У человека на околоканальцевых клетках также присутствуют эн­дотелииновые рецепторы, но значение всех этих факторов для активности миоидных клеток in vivo не совсем ясна.

До полового созревания в миофибробластах яичек актин отсутствует. Тесто­стерон индуцирует его синтез и тем самым сократи­мость канальцевых клеток. Таким образом, тестосте­рон играет важную роль в качестве фактора дифференцировки миофибробластов яичка.

При на­рушении сперматогенной функции яичек слои кол­лагеновых волокон и межклеточного вещества утол­щаются. В таких случаях развивается фиброз или, судя по гистологической картине, гиалиноз каналь­цев. Экспериментальный гипогонадизм у низших об­езьян сопровождается резким утолщением стенок канальцев, полностью обратимым после прекраще­ния соответствующих воздействий.

При уменьшении объема яичек складчатость стенок семенных канальцев возрастает, сами ка­нальцы укорачиваются, а их диаметр увеличивается. В этом легко убедиться, вводя в канальцы жидкость.

Клетки Сертоли

Соматические клетки Сертоли расположены сре­ди зародышевого эпителия. В зрелом возрасте ми­тозы в них отсутствуют. Эти клетки названы по име­ни итальянского ученого Энрико Сертоли (1842-1910), впервые описавшего их в 1865 г. Длинные цитоплазматические отростки и развет­вления определили и второе их название: «ветви­стые клетки». Они покоятся на базальной мембра­не, выступают в просвет семенных канальцев и могут считаться структурами, во всех отношениях поддерживающими зародышевый эпителий.

Все морфологические и физиологические изменения зародышевой клетки в процессе ее дифференци­ровки и созревания вплоть до образования зрелого сперматозоида происходит вдоль тела клетки Сер­толи, тянущейся на всю высоту зародышевого эпи­телия. Расположение и пространственная ориента­ция сперматозоидов в ходе их дифференцировки поддерживаются особыми эктоплазматическими выростами.

Клетки Сертоли занимают около 35-40% объема зародышевого эпителия. Интактное яичко с полностью завершенным сперматогене­зом содержит 800-1200х106 клеток Сертоли.

Эти клетки синтезируют и секретируют множество различных факторов: белки, цитокины, ростовые факторы, опиоиды, стероиды, простагландины, модуляторы клеточного деления и т.д. Морфология клеток Сертоли в полной мере соответствует их разноообразным физиологическим функциям.

Цитоплазма содержит как гладкий (синтез стероидов ), так и шероховатый эндоплазматический ретикулум (синтез белка ), развитый аппарат Гольджи (выработка и транспорт продуктов секреции), лизосомные гранулы (фагоцитоз ), а также микротрубочки и небольшие микрофиламенты (адаптация формы к разным фазам созревания зародышевых клеток).

Принято считать, что клетки Сертоли организуют процесс сперматогенеза пространственно и функционально. С другой стороны, последние данные указывают на роль зародышевых клеток в регуляции функций клеток Сертоли.

Это подтверждается опытами с трансплантацией гетерологичных зародышевых клеток. Во всяком случае, длительность сперматогенного цикла от клеток Сертоли не зависит. Так, у мышей один цикл сперматогенеза продолжается 8 суток, а у крыс — 11—13. При трансплантации крысиных зародышевых клеток в тестикул мыши они сохраняли длительность своего цикла (12-13 суток); прежним оставался и цикл клеток хозяина — 8 суток.

Клетки Сертоли выполняют и другую важную функцию: именно они определяют окончательный объем яичек и продукцию спермы у взрослых. Каж­дая клетка Сертоли морфологически и функциональ­но связана с определенным числом сперматозоидов. Это число зависит от вида животного.

У человека на каждую клетку Сертоли приходится 10 зародышевых клеток или 1,5 сперматозоида. Для сравнения, у макак-резусов каждая клетка Сертоли связана с 22 зародышевыми клетка­ми или 2,7 сперматозоидов. Это позволяет считать, что в пределах вида большее количество клеток Сертоли обусловливает более высокую продукцию сперматозоидов, если, конечно, все клетки Сертоли функционируют нор­мально.

Какие же факторы определяют степень проли­ферации клеток Сертоли и тем самым объем яичек у взрослых? У человека до 15-летнего возраста число этих клеток прогрессивно увеличивается. У обезьян ява и резус до полового созревания митотическая активность клеток Сертоли мала, но ее можно резко повысить, вводя андрогены или ФСГ.

Эти гормоны увеличивают и количество клеток Сертоли, и экспрессию ими мар­керов клеточного деления. Когда первые зароды­шевые клетки вступают в фазу мейоза, деление кле­ток Сертоли прекращается. В этот момент между клетками Сертоли образуются плотные контакты, формирующие так называемый гематотестикулярный барьер .

Нарушения дифференцировки клеток Сертоли в период полового созревания при­водят к дефектам сперматогенеза. У крыс пролонгация фазы деления этих кле­ток (сопровождающая, например, эксперименталь­ный гипотиреоз) увеличивает массу тестикул и про­дукцию сперматозоидов на 80%.

С другой стороны, уменьшение количества клеток Сертоли с помощью блокирующего митоз препарата приводит к сниже­нию объема тестикул и продукции сперматозоидов. У больных с карликовостью Ларона, при которой нарушается функция щитовидной железы, яички часто бывают крупнее нормальных.

Производя и секретируя канальцевую жид­кость, клетки Сертоли создают и поддерживают в открытом состоянии просвет канальцев. Туда попадает более 90% жид­кости, секретируемой этими клетками.

Особые структурные элементы гематотестикулярного барьера препятствуют реабсорбции этой жидко­сти, благодаря давлению которой просвет каналь­цев остается открытым. Сперматозоиды перемеща­ются в канальцевой жидкости, состав которой по­дробно изучен только у крыс. Он отличается от состава крови большей концентра­цией ионов калия и меньшим содержанием ионов натрия. Кроме того, в этой жидкости присутствуют ионы бикарбоната, магния и хлора, инозитол, глю­коза, карнитин, глицерофосфорилхолин, аминоки­слоты и ряд белков.

Таким об­разом, зародышевые клетки погружены в жидкость особого состава.

Специальные мембранные структуры базолатеральных поверхностей соседних клеток Сертоли свя­зывают их друг с другом, образуя непроницаемый слой, изолирующий внутриканальцевое простран­ство (запирающие плотные контакты). Физиологиче­ская функция гематотестикулярного барьера доказа­на экспериментально: введенные в яичко краситель или лантан диффундируют только до плотных кон­тактов, не попадая в просвет семенных канальцев.

Полноценность гематотестикулярного барьера зави­сит от зрелости клеток Сертоли, но при дефектах сперматогенеза барьер может оказаться несостоя­тельным. Появление гематоте­стикулярного барьера совпадает с началом первого мейоза зародышевых клеток (прелептотена, зиготена ) и с прекращением пролиферации клеток Серто­ли.

Барьер делит семенной эпителий на две области, совершенно разные как анатомически, так и функ­ционально. Зародышевые клетки на ранних стадиях развития располагаются в базальной области, а на более поздних — прилежат к просвету канальцев. В ходе созревания они смещаются из базальной в прелюминальную область, что сопровождается синхрон­ным размыканием и повторным смыканием плотных контактов выше и ниже мигрирующих зародышевых клеток.

Гематотестикулярный барьер выполняет две важ­ные функции: физически изолирует гаплодные и тем самым антигенные зародышевые клетки, препят­ствуя их распознаванию иммунной системой (пре­дотвращение аутоиммунного орхита ), и созда­ет особую среду для мейоза и созревания спермато­зоидов.

В местах межклеточных контактов клетки Сертоли человека экспрессируют коннексин-34. На II и III стадиях сперматогенеза, когда первичные сперматоциты перемещаются из базальной в прелюминальную область, этот белок не вырабатывается.

У некоторых животных, размно­жающихся только в определенные сезоны, размыка­ние и смыкание барьера гораздо больше зависит от активности клеток Сертоли, чем от стадии развития зародышевого эпителия. Строение гематотестику­лярного барьера и его проницаемость лишь для не­которых молекул говорят о том, что клетки, находя­щиеся в прелюминальной области, недоступны для метаболитов, образующихся на периферии или в интерстициальном пространстве. Следовательно, судь­ба таких клеток полностью зависит от клеток Серто­ли.

Механизмы этой «функции кормилиц » могут быть различными, например селективный транспорт и трансцитоз или синтез и направленная секреция ве­ществ, необходимых зародышевым клеткам.