Анатомия и физиология яичек

Видео: Анатомия и физиология

Тестикулы (яички) здорового взрослого человека — парные, овоидной формы, с размерами 3,6-5,5 см в длину и 2,1-3,2 см в ширину. Масса каждого — около 20 г. В силу своего расположения в мошонке эти железы имеют температуру на 2-2,5 С ниже температуры брюшной полости, что способствует теплообмену крови между a. spermatica и поверхностной венозной системой.

Венозный отток от яичек и их придатков образует сплетение, кровь из которого слева попадает в почечную, а справа — в нижнюю половую вену. Яичко окружено толстой капсулой, состоящей из 3 слоев: висцерального, tunica vaginalis, белочной оболочки и внутренней, tunica vasculosa. Белочная оболочка имеет фиброзное строение. В оболочках расположены гладкомышечные волокна, сокращение которых способствует перемещению спермы в придаток яичка (эпидидимис). Под капсулой находится примерно 250 пирамидальных долек, отделенных друг от друга фиброзными перегородками.

В каждой дольке расположено несколько извитых семявыносящих канальцев длиной 30-60 см. На долю этих канальцев приходится более 85 % объема яичка. Короткие прямые трубочки связывают канальцы непосредственно с rete testis, откуда сперма поступает в проток придатка. Последний в распрямленном виде достигает 4-5 м в длину, а в свернутом состоянии образует головку, тело и хвост придатка. В эпителии, окружающем просвет канальца, располагаются клетки Сертоли и сперматоциты. В интерстициальной ткани между канальцами лежат клетки Лейдига, макрофаги, кровеносные и лимфатические сосуды.

Цилиндрические клетки Сертоли выполняют множество функций: барьерную (за счет тесных контактов друг с другом), фагоцитарную, транспортную (участие в перемещении сперматоцитов к просвету канальца) и, наконец, эндокринную (синтез и секреция андрогенсвязывающего белка и ингибина). Полигональные клетки Лейдига обладают ультраструктурой (выраженный гладкий эндоплазматический ретикулум) и ферментами, характерными для стероидпродуцирующих клеток.

Тестикулы играют основную роль в физиологии размножения у мужчин. Так, приобретение плодом мужского фенотипа во многом определяется продукцией эмбриональными тестикулами мюллерова ингибирующего вещества и тестостерона, а появление вторичных половых признаков во время пубертата и способность к размножению — стероидогенной и сперматогенной активностями тестикул. На рис. 80 схематически показана связь функций этих желез с физиологическими процессами, протекающими на протяжении внутриутробной и постнатальной жизни.


Синтез, секреция и метаболизм андрогенов. В их продукции тестикулам принадлежит более важная роль, чем коре надпочечников. Достаточно сказать, что только 5 % Т образуется вне тестикул. Клетки Лейдига способны синтезировать его из ацетата и холестерина (рис. 81).


Синтез последнего в тестикулах, вероятно, не отличается от процесса, протекающего в коре надпочечников. Ключевым этапом биосинтеза стероидных гормонов является превращение холестерина в прегненолон, что предполагает отщепление боковой цепи в присутствии НАД-Н и молекулярного кислорода. Дальнейшее превращение прегненолона в прогестерон может происходить различными путями. У человека, по-видимому, преобладающее значение имеет Д5-путь, в ходе которого прегненолон превращается в 17а-оксипрегненолон и далее в дегидроэпиандростерон (ДГЭА) и Т.

Однако возможен и Д4-путь через 17-оксипрогестерон и андростендион. Ферментами таких превращений служат Зв-оксистероиддегидрогеназа, 17а-гидроксилаза и др. В тестикулах, как в надпочечниках, вырабатываются и конъюгаты стероидов (в основном сульфаты). Ферменты отщепления боковой цепи холестерина локализуются в митохондриях, тогда как ферменты синтеза холестерина из ацетата и тестостерона из прегненолона — в микросомах. В тестикулах существует субстрат-ферментная регуляция. Так, у человека весьма активно протекает гидроксилирование стероидов в 20-м положении, а 20а-оксиметаболиты прогестерона и прегненолона ингибируют 17а-гидроксилирование этих соединений. Кроме того, тестостерон может стимулировать собственное образование, влияя на превращение андростендиона.

Тестикулы взрослого человека продуцируют от 5 до 12 мг тестостерона в сутки, а также слабые андрогены дегидроэпиандростерон, андростендион и андростен 3в,17в-диол. В ткани яичек образуются и незначительные количества дегидротестостерона, а также присутствуют ферменты ароматизации, в результате чего в кровь и семенную жидкость попадают и небольшие количества эстрадиола и эстрона. Хотя основным источником тестикулярного тестостерона являются клетки Лейдига, но ферменты стероидогенеза присутствуют и в других клетках семенника (канальцевый эпителий). Они могут принимать участие в создании местного высокого уровня Т, требующегося для нормального сперматогенеза.

Тестикулы секретируют Т не постоянно, а эпизодически, и это служит одной из причин широких колебаний уровня этого гормона в крови (3-12 нг/мл у здорового молодого мужчины). Циркадный ритм секреции тестостерона обеспечивает максимальное его содержание в крови ранним утром (примерно в 7 ч утра) и минимальное после полудня (примерно в 13 ч). Т присутствует в крови в основном в виде комплекса с секс-гормонсвязывающим глобулином (СГСГ), который соединяет Т и ДГТ с большим сродством, чем эстрадиол. Концентрация СГСГ снижается под влиянием Т и гормона роста и возрастает под действием эстрогенов и тиреоидных гормонов. Альбумин связывает андрогены слабее, чем эстрогены. У здорового человека в свободном состоянии находится примерно 2 % Т сыворотки, 60 % связаны с СГСГ и 38 % — с альбумином.

Метаболическим превращениям подвергается как свободный Т, так и Т, связанный с альбумином (но не СГСГ). Эти превращения сводятся в основном к восстановлению Д4-кето-группы с образованием За-ОН- или ЗВ-ОН-производных (в печени). Кроме того, 17в-окси-группа окисляется в 17в-кето-форму. Около половины продуцируемого тестостерона выводится из организма в виде андростерона, этиохоланолона и (в гораздо меньшей степени) эпиандростерона. Уровень всех этих 17-кетостероидов в моче не позволяет судить о продукции Т, поскольку аналогичным метаболическим превращениям подвергаются и слабые андрогены надпочечников. Другими экскретируемыми метаболитами тестостерона являются его глюкуронид (уровень которого в моче у здорового человека хорошо коррелирует с продукцией тестостерона), а также 5а-и 5в-андростан-За, 17Р-диолы.

Физиологические эффекты андрогенов и механизм их действия. В механизме физиологического действия андрогенов имеются особенности, отличающие их от других стероидных гормонов. Так, в органах-«мишенях» репродуктивной системы, почках и коже Т под влиянием внутриклеточного фермента Д4-5а-редук-тазы превращается в ДГТ, который, собственно, и вызывает андрогенные эффекты: увеличение размеров и функциональную активность акцессорных половых органов, оволосение по мужскому типу и усиление секреции апокринных желез.

Однако в скелетных мышцах Т и сам без дополнительных превращений способен повышать синтез белка. Рецепторы семявыносящих канальцев обладают, по-видимому, равным сродством к Т и ДГТ. Поэтому у лиц с недостаточностью 5а-редуктазы сохраняется активный сперматогенез. Превращаясь в 5р-андростен- или 5р-прегнестероиды, андрогены, как и прогестины, могут стимулировать гемопоэз. Механизмы влияния андрогенов на линейный рост и окостенение метафизов изучены недостаточно, хотя ускорение роста совпадает с повышением секреции Т в пубертате.

В органах-«мишенях» свободный Т проникает в цитоплазму клеток. Там, где в клетке имеется 5а-редуктаза, он превращается в ДГТ. Т или ДГТ (в зависимости от органа-«мишени») связывается с цитозольным рецептором, изменяет конфигурацию его молекулы и соответственно сродство к ядерному акцептору. Взаимодействие гормонрецепторного комплекса с последним приводит к увеличению концентрации ряда мРНК, что обусловлено не только ускорением их транскрипции, но и стабилизацией молекул. В предстательной железе Т усиливает также связывание метиониновой мРНК с рибосомами, куда поступают большие количества мРНК. Все это приводит к активации трансляции с синтезом функциональных белков, меняющих состояние клетки.

Регуляция секреции гормонов тестикулами. Важная физиологическая роль тестикул объясняет сложность упорядочивания их функций. Прямым влиянием на них обладают три гормона передней доли гипофиза: ФСГ, ЛГ и пролактин. Как уже отмечалось, ЛГ и ФСГ представляют собой гликопротеины, состоящие из 2 полипептидных субъединиц, причем а-субъединица в обоих гормонах (и ТТГ) одинакова, а биологическую специфичность молекулы определяет в-субъединица, которая приобретает активность после объединения с а-субъединицей любого вида животных.



Пролактин же содержит лишь одну полипептидную цепь. Синтез и секреция ЛГ и ФСГ в свою очередь находятся под контролем гипоталамического фактора — гонадотропин-рилизинг гормона (или люлиберина), представляющего собой декапептид и продуцируемого ядрами гипоталамуса в портальные сосуды гипофиза. Имеются данные об участии моноаминергических систем и простагландинов (серии Е) в регуляции выработки люлиберина.

Соединяясь со специфическими рецепторами на поверхности гипофизарных клеток, люлиберин активирует аденилатциклазу. При участии ионов кальция это приводит к увеличению содержания в клетке цАМФ. Пока неясно, обусловлен ли пульсирующий характер секреции гипофизарного ЛГ гипоталамическими влияниями.

Люлиберин стимулирует секрецию как ЛГ, так и ФСГ. Соотношение их зависит от условий, в которых гипофиз секретирует эти гормоны. Так, с одной стороны, внутривенная инъекция люлиберина приводит к существенному повышению уровня в крови ЛГ, но не ФСГ. С другой — длительная инфузия рилизинг-гормона сопровождается приростом содержания в крови обоих гонадотропинов.

По-видимому, влияние люлиберина на гипофиз модулируется дополнительными факторами, к числу которых принадлежат половые стероиды. Люлиберин контролирует прежде всего чувствительность гипофиза к таким моделирующим эффектам и необходим не только для стимуляции секреции гонадотропинов, но и для поддержания ее на относительно низком (базальном) уровне. Секреция пролактина, как отмечалось выше, регулируется иными механизмами.

Помимо стимулирующего действия ТРГ, лактотрофы гипофиза испытывают и ингибирующее влияние гипоталамического дофамина, который одновременно активирует секрецию гонадотропинов. Однако серотонин повышает продукцию пролактина.

ЛГ стимулирует синтез и секрецию половых стероидов клетками Лейдига, а также дифференцировку и созревание этих клеток. ФСГ, по всей вероятности, усиливает их реактивность по отношению к ЛГ, индуцируя появление ЛГ-рецепторов на клеточной мембране. Хотя ФСГ традиционно считают гормоном, упорядочивающим сперматогенез, но без взаимодействия с другими регуляторами он не запускает и не поддерживает этот процесс, для которого необходимо сочетанное влияние ФСГ, ЛГ и Т. ЛГ и ФСГ взаимодействуют со специфическими рецепторами на мембране соответственно клеток Лейдига и Сертоли и через активацию аденилатциклазы повышают содержание цАМФ в клетках, который активирует фосфорилирование различных клеточных белков. Эффекты пролактина в тестикулах менее изучены.

Его высокие концентрации замедляют спермато- и стероидогенез, хотя не исключено, что в нормальных количествах этот гормон необходим для сперматогенеза.



В регуляции тестикулярных функций важнейшее значение имеют и обратные связи, замыкающиеся на различных уровнях. Так, Т ингибирует секрецию ОГ По-видимому, эта отрицательная петля обратной связи опосредуется лишь свободным Т, а не связанным в сыворотке с секс-гормонсвязывающим глобулином. Механизм ингибирующего влияния Т на секрецию ЛГ достаточно сложен. В нем может принимать участие и внутриклеточное превращение тестостерона либо в ДГТ, либо в эстрадиол. Известно, что экзогенный эстрадиол подавляет секрецию ЛГ в гораздо меньших дозах, нежели Т или ДГТ.

Однако, поскольку экзогенный ДГТ все же обладает таким действием и при этом не подвергается ароматизации, последний процесс, очевидно, все же не является необходимым для проявления ингибирующего эффекта андрогенов на секрецию ЛГ. Более того, сам характер изменения импульсной секреции ЛГ под действием эстрадиола, с одной стороны, и Т и ДГТ — с другой, различен, что может указывать на разницу в механизме действия этих стероидов.

Что касается ФСГ, то большие дозы андрогенов способны ингибировать секрецию и этого гипофизарного гормона, хотя физиологические концентрации Т и ДГТ таким эффектом не обладают. В то же время эстрогены тормозят секрецию ФСГ даже более интенсивно, чем ЛГ. В настоящее время установлено, что клетки семявыносящего протока продуцируют полипептид с молекулярной массой 15000— 30000 дальтон, который специфически ингибирует секрецию ФСГ и меняет чувствительность ФСГ-секретирующих клеток гипофиза к люлиберину. Этот полипептид, источником которого служат, по-видимому, клетки Сертоли, получил название ингибин.

Обратная связь между тестикулами и центрами регуляции их функции замыкается и на уровне гипоталамуса. В ткани гипоталамуса найдены рецепторы Т, ДГТ и эстрадиола, связывающие эти стероиды с высоким сродством. В гипоталамусе присутствуют и ферменты (5а-редуктаза и ароматазы) превращения Т в ДГТ и эстрадиол. Имеются также данные о существовании короткой петли обратной связи между гонадотропинами и гипоталамическими центрами, вырабатывающими люлиберин. Не исключена и ультракороткая обратная связь в пределах самого гипоталамуса, в соответствии с которой люлиберин тормозит свою собственную секрецию. Все эти петли обратной связи могут включать активацию пептидаз, инактивирующих люлиберин.

Половые стероиды и гонадотропины необходимы для нормального сперматогенеза. Т запускает этот процесс, действуя на сперматогонии и стимулируя затем мейотическое деление первичных сперматоцитов, в результате чего образуются вторичные сперматоциты и юные сперматиды. Созревание сперматид в сперматозоиды осуществляется под контролем ФСГ.

Пока неизвестно, необходим ли последний для поддержания уже начавшегося сперматогенеза. У взрослого человека с гипофизарной недостаточностью (гипофизэктомия) после возобновления сперматогенеза под влиянием заместительной терапии ЛГ и ФСГ продукция спермы поддерживается инъекциями только ЛГ (в форме хорионического гонадотропина). Это происходит, несмотря на практически полное отсутствие ФСГ в сыворотке. Такие данные позволяют считать, что он не является главным регулятором сперматогенеза.

Один из эффектов этого гормона заключается в индукции синтеза белка, специфически связывающего Т и ДГТ, но способного, хотя и с меньшим сродством, взаимодействовать с эстрогенами. Этот андрогенсвязывающий белок продуцируется клетками Сертоли. Эксперименты на животных позволяют рассматривать его в качестве средства создания высокой местной концентрации Т, необходимой для нормального протекания сперматогенеза.

Свойства андрогенсвязывающего белка из тестикул человека аналогичны таковым секс-гормонсвязывающего глобулина (СГСГ), присутствующего в сыворотке крови. Основная роль ЛГ в регуляции сперматогенеза сводится к стимуляции стероидогенеза в клетках Лейдига. Секретируемый ими Т наряду с ФСГ обеспечивает продукцию андрогенсвязывающего белка клетками Сертоли. Кроме того, как уже отмечалось, Т непосредственно влияет на сперматиды, и это его действие облегчается в присутствии этого белка.

Функциональное состояние семенников плода регулируется иными механизмами. Основную роль в развитии клеток Лейдига на эмбриональной стадии играют не гипофизарные гонадотропины плода, а хорионический гонадотропин, продуцируемый плацентой. Выделяемый семенниками Т в этот период имеет важное значение для определения соматического пола. После родов стимуляция семенников плацентарным гормоном прекращается, и уровень Т в крови новорожденного резко падает.

Однако после рождения у мальчиков происходит быстрое возрастание секреции гипофизарных ЛГ и ФСГ, и уже на 2-й неделе жизни отмечается увеличение концентрации Т в сыворотке крови. К 1-му месяцу постнатальной жизни оно достигает максимума (54-460 нг%). К 6-месячному возрасту уровень гонадотропинов постепенно снижается и вплоть до пубертата остается столь же низким, что и у девочек. Содержание Т также падает, и его уровень в препубертатный период составляет примерно 5 нг%. В это время общая активность гипоталамо-гипофизарно-тестикулярной системы весьма низка, и секреция гонадотропинов подавляется очень низкими дозами экзогенных эстрогенов, чего не наблюдается у взрослых мужчин.

Реакция тестикул на экзогенный хорионический гонадотропин сохраняется. Морфологические изменения в тестикулах возникают примерно в шестилетнем возрасте. Клетки, выстилающие стенки семявыносящих канальцев, дифференцируются, и появляются просветы канальцев. Эти изменения сопровождают небольшое повышение уровня ФСГ и ЛГ в крови.

Содержание тестостерона остается низким. Между 6 и 10 годами дифференцировка клеток продолжается, возрастает диаметр канальцев. В результате размеры тестикул несколько увеличиваются, что служит первым видимым признаком надвигающегося пубертата. Если секреция половых стероидов в препубертатный период не меняется, то корковый слой надпочечников в это время продуцирует повышенные количества андрогенов (adrenarche), которые могут участвовать в механизме индукции пубертата. Последний характеризуется резкими изменениями соматических и половых процессов: ускоряется рост тела и созревание скелета, появляются вторичные половые признаки. Мальчик превращается в мужчину с соответствующей перестройкой половой функции и ее регуляции.

В течение пубертатного периода различают 5 стадий: I — препубертат, продольный диаметр тестикул не достигает 2,4 см- II — раннее увеличение размеров тестикул (до 3,2 см по максимальному диаметру), иногда редкое оволосение в основании полового члена- III — продольный диаметр тестикул превышает 3,3 см, явное оволосение лобка, начало увеличения размеров полового члена, возможны оволосение подмышечной области и гинекомастия- IV — полное оволосение лобка, умеренное оволосение подмышечной области- V — полное развитие вторичных половых признаков. После начала увеличения размеров тестикул пубертатные сдвиги продолжаются в течение 3-4 лет. На их характер влияют генетические и социальные факторы, а также различные заболевания и лекарственные препараты. Как правило, пубертатные изменения (стадия II) не возникают до 10-летнего возраста. Имеется корреляция с костным возрастом, который к началу пубертата составляет примерно 11,5 года.

Пубертатный период связан с изменениями чувствительности центральной нервной системы и гипоталамуса к андрогенам. Уже отмечалось, что в препубертатном возрасте ЦНС обладает очень высокой чувствительностью к ингибирующим эффектам половых стероидов. Пубертат возникает в период некоторого повышения порога чувствительности к действию андрогенов по механизму отрицательной обратной связи. В результате возрастают гипоталамическая продукция люлиберина, гипофизарная секреция гонадотропинов, синтез стероидов в тестикулах, и все это приводит к созреванию семявыносящих канальцев.

Одновременно со снижением чувствительности гипофиза и гипоталамуса к андрогенам возрастает реакция гонадотрофов гипофиза на гипоталамический люлиберин. Такое возрастание относится главным образом к секреции ЛГ, а не ФСГ. Уровень последнего возрастает вдвое примерно к моменту появления лобкового оволосения. Поскольку ФСГ увеличивает число рецепторов к ЛГ, это обеспечивает реакцию Т на повышение уровня ЛГ. С 10-летнего возраста происходит дальнейшее увеличение секреции ФСГ, что сопровождается быстрым нарастанием количества и дифференцировкой эпителиальных клеток канальцев. Уровень ЛГ увеличивается несколько медленнее до 12 лет, а затем происходит быстрое его нарастание, и в тестикулах появляются зрелые клетки Лейдига. Продолжается созревание канальцев с развитием активного сперматогенеза.

Характерная для взрослых мужчин концентрация ФСГ в сыворотке крови устанавливается к 15, а концентрация ЛГ — к 17 годам.

Заметное увеличение уровня тестостерона в сыворотке регистрируется у мальчиков примерно с 10-летнего возраста. Пик концентрации этого гормона приходится на 16 лет. Происходящее в ходе пубертата снижение содержания СГСГ в свою очередь способствует повышению уровня свободного тестостерона в сыворотке. Таким образом, изменения скорости роста гениталий имеют место еще в период низкого уровня этого гормона- на фоне несколько повышенной его концентрации меняется голос и происходит оволосение подмышечных впадин, оволосение лица отмечается уже на достаточно высоком («взрослом») его уровне. Увеличение размеров предстательной железы связано с появлением ночных поллюций.

Одновременно возникает либидо. В середине пубертатного периода, помимо постепенного увеличения содержания ЛГ в сыворотке и возрастания чувствительности гипофиза к люлиберину, регистрируются характерные повышения секреции ЛГ, связанные с ночным сном. Это происходит на фоне соответствующего возрастания уровня тестостерона в ночные часы и импульсной его секреции.

Известно, что во время пубертата имеют место многочисленные и разнообразные превращения метаболизма, морфогенеза и физиологических функций, обусловленные синергическим влиянием половых стероидов и других гормонов (СТГ, тироксин и др.).

По его окончании и до 40-50 лет сперматогенная и стероидогенная функции тестикул поддерживаются примерно на одном и том же уровне. Об этом свидетельствуют постоянная скорость продукции тестостерона и импульсная секреция ЛГ. Однако в этот период постепенно нарастают сосудистые изменения в тестикулах, приводящие к фокальной атрофии семявыносящих канальцев. Примерно с 50-летнего возраста функция мужских гонад начинает медленно угасать. Возрастает количество дегенеративных изменений в канальцах, число герменативных клеток в них уменьшается, но многие канальцы продолжают осуществлять активный сперматогенез.

Тестикулы могут быть уменьшены и становятся мягче, число зрелых клеток Лейдига увеличено. У мужчин старше 40 лет значительно повышаются уровни ЛГ и ФСГ в сыворотке, тогда как скорость продукции тестостерона и содержание его свободной формы уменьшаются. Однако общий уровень тестостерона сохраняется еще в течение ряда десятилетий, поскольку возрастает связывающая емкость СГСГ и замедляется метаболический клиренс гормона. Этому сопутствует ускоренное превращение тестостерона в эстрогены, общее содержание которых в сыворотке повышается, хотя уровень свободного эстрадиола также снижается.

В ткани тестикул и оттекающей от них крови уменьшается количество всех промежуточных продуктов биосинтеза тестостерона, начиная с прегненолона. Поскольку в пожилом и старческом возрасте количество холестерина не может лимитировать стероидогенез, полагают, что нарушаются митохондриальные процессы превращения первого в прегненолон.

Следует отметить также, что в пожилом возрасте уровень ЛГ в плазме хотя и повышен, но, по-видимому, этот рост неадекватен снижению содержания тестостерона, что может указывать на изменения в гипоталамических или гипофизарных центрах регуляции функции гонад. Весьма медленное снижение тестикулярных функций с возрастом оставляет открытым вопрос о роли эндокринных изменений в качестве причин мужского климакса.

Н.Т. Старкова