Fisiologia della riproduzione umana: fecondazione e sviluppo embrionale

Fisiologia della Riproduzione Umana

LEZIONE 1, 08/10/2024 FECONDAZIONE E SVILUPPO DELL'EMBRIONE NELL'UOMO La riproduzione è un processo alla base dell'evoluzione, è un processo che favorisce la continuità della specie, senza il quale si andrebbe incontro ad estinzione. Nella maggior parte dei vertebrati, fisiologicamente la riproduzione deve avvenire tra due individui di sesso diverso: individui dello stesso sesso fisiologicamente non possono riprodursi, possono avere una sfera sessuale, ma non ha come obiettivo la riproduzione. La riproduzione si realizza mediante meccanismi molto complessi.

Nella maggior parte degli animali terrestri, a maggior ragione nell'uomo, la riproduzione è una fecondazione di tipo interna, lo spermatozoo si trova ad agire in un ambiente abbastanza umido e acquoso e vengono attuati riti di accoppiamento e corteggiamento.

Nel momento in cui si produce un embrione, questo viene sviluppato all'interno di una particolare struttura imbottita, in ambiente liquido, l'embrione è protetto da disidratazione grazie al liquido amniotico e questa particolare camera, ossia l'utero (nell'uomo), è in grado di accrescersi e di svilupparsi.

Gli esseri umani sono sessualmente dimorfici, quindi hanno delle caratteristiche complementari e diverse, anche dal punto di vista sociale tendono a vestirsi diversamente, tendono a truccarsi e acconciarsi in maniera diversa e socialmente fino a poco tempo fa c'era un dimorfismo comportamentale e psicologico: si potrebbe creare un dibattito sulla lotta da parte di alcuni esponenti legata al fatto che anche i maschi possono mettere lo smalto, possono truccarsi e possono mettere la gonna.

L'altra caratteristica è il ruolo degli ormoni sessuali, che sicuramente negli animali è importante per la fisiologia del comportamento, per gli esseri umani è importantissimo perché sin dalle fasi embrionali influenza la struttura cerebrale e la fisicità dell'individuo che si ha alla nascita.

La riproduzione e lo sviluppo degli esseri umani sono meccanismi molto complessi che prevede non solo gli aspetti fisiologici, fisici, ma anche sociali, comportamentali e psicologici.

Dai Gameti al Feto

Nella prima fase, i due individui volti alla riproduzione sono (33 days) 17 (41 days) 18 (44 days) dimorfici, hanno due aspetti diversi che si riconoscono già dalla genetica. I gameti sono diversi e sono interessati nella 19 (47 days) 20 (50 days) 21 produzione di uno zigote o ovulo fecondato e quindi si hanno Carnegie Stages (52 days) 22 (54 days) (approx. postovulatory days) spermatozoo e cellula uovo. Lo zigote parte da 2 cellule, poi 4, 23 (56 days) 8 ... cellule, fino a formare l'embrione, definito tale fino all'ottava settimana, poi fino alla nascita l'embrione diventa feto.

10 mm 13 14 15 (28 days) (32 days) 16 (37 days) 1

Determinazione del Sesso

Da un punto di vista embrionale, è fondamentale la determinazione del sesso. Vi sono le gonadi (maschili e femminili) che producono i gameti: in particolare, le gonadi femminili sono rappresentate dalle ovaie e in questa sede si ha la produzione di ovuli e ovociti; le gonadi maschili sono rappresentate dai testicoli, che portano alla produzione degli spermatozoi.

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Le cellule gonadiche sono cellule altamente indifferenziate e prendono il nome di cellule germinali, dovute al fatto che posseggono, rispetto alle cellule nucleate, la metà del corredo genetico (23 cromosomi poiché poi devono dare origine allo zigote con 46 cromosomi).

La differenza tra cellule nucleate e cellule germinali è che queste contengono due cromosomi X, nel caso delle femmine, e un cromosoma X e un cromosoma Y, nel caso dei maschi.

A cosa serve avere il cromosoma sessuale diverso? Poiché determina il sesso genetico: se uno spermatozoo, che contiene il cromosoma X, incontra una cellula uovo, si dà origine ad una femmina; se uno spermatozoo, che contiene un cromosoma Y, incontra una cellula uovo, si dà origine ad un maschio. Di fatto la determinazione del sesso genetico è la copia del maschio, definita dagli spermatozoi.

xx F XY Genitore femmina Genitore maschio x Ovuli x x Sperma Y xx Prole femminile XY Prole maschile

Sul cromosoma Y si ha una particolare regione che codifica per il gene SRY, che sta per Sex- determining Region of the Y chromosome, che è importantissimo per definire il differenziamento sessuale. Di fatti questo gene modifica la bipotenzialità iniziale dell'embrione e rendere il feto maschio. Questo è importante perché codifica per la proteina SRY, che è un fattore di determinazione testicolare e attiva la trascrizione di altri geni e altre proteine, che sono importanti nello sviluppo della midollare del testicolo. In questa prima fase non è richiesto nessun ormone ne testosterone, che poi viene richiesto successivamente.

In questo primo stadio fino alla settima settimana, vi è questa condizione di bipotenzialità, chiamata stadio indifferente, in cui l'apparato genitale è simile in entrambi i sessi, per questo non si può definire se si tratta di un maschio o di una femmina a meno che non si faccia un'amniocentesi. Di fianco, una gonade bipotenziale con una porzione interna, midollare, e una esterna, corticale, poi ci sono dei dotti. Poi si ha il differenziamento e lo sviluppo delle ovaie o dei testicoli:

Bipotential gonad Müllerian duct Wolffian duct Cloacal opening Kidney Bipotential stage . nel caso di un cariotipo XY, la cortex regredisce e la medulla si differenzia in testicolo; . nel caso di un cariotipo XX, la medulla regredisce e la cortex diventa di fatto ovaio.

Nel caso XX, i dotti di Müller si specializzano, invece quelli di Wolff regrediscono; nel caso XY il contrario.

2 Nucleus

Ormoni e Differenziamento Sessuale

Successivamente, nel momento in cui i testicoli si sono differenziati, iniziano ad essere secreti tre ormoni:

• ormone anti-mulleriano (AMH) > inibisce il dotto di Müller, importante per il differenziamento femminile, causandone la regressione; viene prodotto dalle cellule del Sertoli
• testosterone e diidrotestosterone (DHT) > un derivato del testosterone; questi ultimi sono entrambi ormoni steroidei, molto importanti per la riproduzione maschile, vanno a legarsi allo stesso tipo di recettore steroideo intracellulare, con effetti leggermente diversi nel caso in cui si lega il testosterone o il diidrotestosterone; vengono prodotti dalle cellule di Leydig
  • il testosterone è in grado di convertire i dotti di Wolff nelle strutture accessorie maschili (epididimo, vasi deferenti, vescicole seminali e così via); guida la migrazione dei testicoli presenti nell'inguine verso lo scroto, che può avvenire nella fase leggermente prima alla nascita, subito dopo la nascita nell'arco dei tre mesi
  • il diidrotestosterone è importantissimo nel differenziamento dei genitali esterni e nello sviluppo della prostata

Problematiche nel Differenziamento Sessuale

In questa fase, sebbene il sesso sia determinato geneticamente, possono intervenire delle problematiche:

• il diidrotestosterone potrebbe essere deficitario perché è difettivo il gene per un particolare enzima, come l'a-reduttasi, che converte il testosterone in diidrotestosterone e se ne produce meno

Un esempio di quello che può avvenire è lo pseudoermafroditismo, è una condizione in cui vi è una normale secrezione di testosterone che però in parte non viene convertito in diidrotestosterone, per cui questo è deficitario, quindi i genitali maschili esterni (ghiandola prostatica) non si sviluppano in età fetale e alla nascita i bambini sembrano delle femmine, ma in realtà sono XY; purtroppo, siccome nella fase dell'infanzia non si ha la produzione di ormoni, questi vengono cresciuti nella prima fase come se fossero delle femmine, poi alla pubertà, siccome il testosterone inizia ad essere prodotto in eccesso, cominciano a mascolinizzare i genitali esterni perché in questo caso dopo la nascita il testosterone può avere un'azione sui genitali esterni, al contrario di quello che avviene durante la fase pre nascita dove è il diidrotestosterone che agisce sui genitali esterni, inizia a crescere la peluria sul pube, inizia a svilupparsi anche una voce più grave tipica maschile, inizia ad esserci sviluppo puberale, una crescita in altezza delle ossa e della massa muscolare molto simili al maschio e quindi si ha la mascolinizzazione. Il testosterone ha anche un'influenza sul comportamento di tipo sessuale che dirige l'attenzione verso la femmina, ci sono anche azioni ambientali, ma tutto questo è ancora oggetto di studio. Ma quello che succede è che bisogna agire subito alla nascita per capire se questo individuo deve essere maschio o femmina e agire con ormoni o interventi chirurgici perché questo può portare ad una grave inadeguatezza psicologica che chiaramente può essere dannosa per lo stile di vita di un individuo.

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Ruolo del Testosterone e Fattore Anti-Mülleriano

Quindi, il testosterone, prodotto dalle cellule di Leydig, agisce sullo sviluppo dei genitali esterni insieme al diidrotestosterone, invece il fattore anti-mulleriano, prodotto dalle cellule del Sertoli, ha un'azione più esterna, sui dotti di Müller. Tutto è determinato dalla presenza del gene SRY sul cromosoma Y.

Nello stato bipotenziale, nel caso del maschio la proteina prodotta dal gene SRY porta ad una degenerazione del dotto di Müller a causa dell'ormone anti-mülleriano e di conseguenza la cortex degenera, mentre la midollare si sviluppa in testicoli, i dotti di Wolff si specializzano in epididimo e così via, formando la prostata. Nel caso della femmina e quindi nel caso in cui non è presente l'ormone anti- mülleriano, non è presente SRY, si ha l'apertura del dotto di Müller, che poi diventano le tube di Falloppio, la midollare degenera mentre la cortex si specializza in ovaio (?). I dotti di Müller terminano specializzandosi in utero e aprendosi all'esterno con la vagina.

(a) Sviluppo degli organi interni Stadio bipotenziale: feto di 6 settimane Gli organi riproduttivi interni hanno il potenziale per svilupparsi in strutture maschili o femminili.

Stadio bipotenziale (feto di 6 settimane) Dotto di Müller (paramesonefrico) Gonade (bipotenziale) Dotto di Wolff (mesonefrico) Rene

SE FEMMINA: SE MASCHIO:

Gonade (corticale) forma l'ovario. Gonade (corticale) regredisce.

Gonade (midollare) regredisce. Gonade (midollare) forma testicolo.

Dotto di Wolff regredisce (manca il testosterone).

Dotto di Wolff forma epididimo, vasi deferenti e vescicole seminali (in presenza di testosterone)

Dotto di Müller diventa tuba di Fallopio, utero, cervice e la metà superiore della vagina (se manca AMH).

Dotto di Muller regredisce (in presenza di AMH)

FEMMINA MASCHIO

10 settimane 10 settimane

La corteccia gonadica diviene l'ovaio in assenza della proteina SRY e sotto l'influenza di specifici geni femminili.

Testicolo 1

Nell'embrione maschile la proteina SRY induce la midollare della gonade bipotenziale a svilupparsi in testicolo.

L'assenza di testosterone fa degenerare il dotto di Wolff.

Dotto di Müller Dotto di Wolff

L'ormone anti-mulleriano prodotto dal testicolo causa la degenerazione dei dotti di Müller.

Utero

Alla nascita Alla nascita

Ovario

Prostata 3 L'assenza dell'ormone anti-mulleriano permette al dotto di Müller

Tuba di Falloppio (dal dotto di Müller) di divenire tuba

Vaso deferente 3

Il testosterone prodotto dal testicolo converte i dotti di Wolff in vescicola seminale, vaso deferente ed epididimo. II DHT controlla lo sviluppo della prostata.

Epididimo

(b) Sviluppo dei genitali esterni Stadio bipotenziale: i genitali esterni di un feto di 6 settimane non possono permettere la diferenziazione visiva tra maschio e femmina.

Stadio bipotenziale (feto di 6 settimane) 6 settimane

Tubercolo genitale Solco uretrale Rigonfiamento labioscrotale Piega uretrale

SE FEMMINA: SE MASCHIO;

Tubercolo genitale forma il clitoride. Ano

Tubercolo genitale forma il glande del pene,

Pieghe e solco uretrale forma piccole labbra, orifizio vaginale o uretra.

Pieghe e solco uretrale forma l'asta del pene.

Rigonfiamento labioscrotale forma le grandi labbra.

Rigonfiamento labioscrotale forma l'asta del pene e lo scroto.

FEMMINA MASCHIO

10 settimane 10 settimane

Clitoride Pena

Piega uretrale Rigonfiamento labloscrotale Piega uretrale Rigonfiamento labioscrotale Ano

10 settimane In assenza di androgeni, ali esterni divengono femminili

Il DHT induce lo sviluppo dei genitali esterni maschili.

Alla nascita Alla nascita

Glande del pene Grandi labbra Clitoride Orifizio uretrale Orifizio vaginale Asta del pene- Piccole labbra

A 10 settimane, il maschio e la femmina sembrano molto simili tra loro, vi è una grande difficoltà nel distinguerli, se si tratta del tubercolo genitale in quanto i genitali sono molto simili, anche i rigonfiamenti labioscrotali sono molto simili tra il maschio e la femmina. Solo successivamente alle 10 settimane, si può iniziare a definire effettivamente il sesso e i tessuti possono essere identificati in maniera più netta e chiara.

Scroto

I testicoli alla nascita discendono dalla cavità addominale nello scroto.

Dal punto di vista della gametogenesi, nel maschio gli spermatogoni possono dare origine, attraverso una prima divisione mitotica, allo spermatocita primario, così come l'oogonio può dare origine all'ovocita primario; dopodiché, nel maschio si ha una prima divisione meiotica e una seconda divisione meiotica, che porta alla fine prima allo spermatocita secondario e poi agli spermatidi, che poi vanno incontro ad un differenziamento in spermatozoi; invece la cellula uovo si ferma nella prima divisione meiotica se si verifica l'ovulazione, nel caso in cui si verifica fecondazione viene completata la seconda divisione meiotica.

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- Vagina Vescicola seminale di Falloppio, utero e parte superiore della vagina.

Utero Testicolo