FIZJOLOGIA I
09.05.2011
Układ rozrodczy
Fizjologia rozrodu obejmuje okres od dojrzewania płciowego do okresu przekwitania.
Płeć genetyczna płodu zostaje zdeterminowana w okresie poczęcia, płeć gonadalna wykształca się w trakcie rozwoju płodu i wytworzenia się gonad, a po zróżnicowaniu się cech somatycznych wykształca się płeć somatyczna.
Gonady pełnią podwójną funkcję – produkują gamety (gametogeneza) oraz wydzielają hormony płciowe:
- gonada męska: androgeny – testosteron, androstendion, dehydroepiandrosteron; inhibiny A i B, aktywiny βAβA, βBβB;
- gonada żeńska: estrogeny, progesteron, inhibina, aktywina;
Rozwój gonad: w początkowym okresie rozwoju (człowiek 6 tydzień) gonady nie są zróżnicowane i zbudowane z części rdzennej i części korowej. Proces ten jest niezależny od gonadotropin! Przyjmuje się, że istnieją lokalnie działające induktory rozwoju gonad: modularyna – powodująca rozwój jąder i kortycyna – warunkująca rozwój jajników.
Rozwój i sekrecja gonad.
U samców z części rdzennej rozwijają się jądra, a część korowa zanika. Komórki śródmiąższowe (Leydiga) pod wpływem hCG (human hornine gonadotropin – ludzka gonadotropina kosmówkowa), produkowanej przez łożysko, zaczynają produkować androgeny (głównie testosteron). Pod wpływem wyrzutu testosterony dochodzi do rozwoju dróg wyprowadzających nasienie, dodatkowych gruczołów płciowych a także zewnętrznych narządów płciowych. Z kolei komórki podporowe (Sertoliego) produkują początkowo AMH (anti-Mȕllerian hormone), doprowadzający do zaniku przewodów przynerczowych.
Bardzo ważnym momentem rozwojowym jest proces zstępowania jąder (kurczliwość gubernaculum regulowana jest przez CGRP) z jamy brzusznej do moszny. Jeżeli jądra pozostaną w jamie brzusznej, mamy do czynienia z wnętrostwem (cryptochisnus). Najczęściej obserwuje się taki stan u knurków i ogierków, rzadziej u samców innych gatunków. Dzięki przemieszczeniu gonad do worka mosznowego temperatura jąder jest o około 4-6°C niższa niż w jamie brzusznej, co sprzyja spermatogenezie.
U samic z części korowej rozwijają się jajniki, a część rdzenna zanika. Rozwój gonady żeńskiej w życiu płodowym rozpoczyna się później, niż gonady męskiej. W odróżnieniu od gonady męskiej, gonada żeńska prawie do okresu osiągnięcia dojrzałości płciowej nie produkuje znaczących poziomów hormonów płciowych (estradiol, progesteron).
Na teren pierwotnego jajnika wwędrowują pierwotne komórki płciowe, ulegają intensywnym podziałom i przekształcają się w oogonie, których liczba zdecydowanie się zwiększa na skutek kilku podziałów mitotycznych. Następnie dochodzi do replikacji DNA (oogonie stają się tetraploidalne – 4n). Po replikacji oogonie wchodzą w profazę pierwszego podziału mejotycznego i od tego momentu określane są mianem oocytu I rzędu. Po otoczeniu przez warstwę komórek nabłonkowych tworzą one pęcherzyki pierwotne.
Liczba pęcherzyków pierwotnych jest ogromna: u płodów krów ok. 270000, u zwierząt 10-cio letnich nadal ok. 3000. Liczba ta zmniejsza się na skutek atrezji (zanikanie uszkodzonych) pęcherzyków.
Pojęcie dojrzałości płciowej i hodowlanej.
Zwierzęta gospodarskie osiągają dojrzałość płciową w momencie, gdy stają się zdolne do produkcji i uwalniania pełnowartościowych gamet: samce do ejakulacji nasienia zdolnego do zapłodnienia, a samice do owulacji (moment I rui). Samice dojrzewają wcześniej niż samce.
Osiągnięcie dojrzałości płciowej nie jest równoznaczne z osiągnięciem dojrzałości hodowlanej. Ta ostatnia osiągana jest w momencie, gdy rozwój organizmu (samicy) osiągnął poziom zapewniający warunki do zapłodnienia, prawidłowego przebiegu ciąży, porodu i laktacji.
Spermatogeneza i spermiogeneza.
W gonadach samców proces przekształcania pierwotnej komórki płciowej w plemnik przebiega w trzech fazach:
Faza I – gonocyt spermatocyt I rzędu;
Faza II – spermaptocyt II rzędu spermatyda;
Faza III (spermiogeneza) – spermatyda plemnik.
W trakcie rozwoju embrionalnego w jądrach pojawiają się pierwotne komórki płciowe, zwane gonocytami. Gonocyty proliferują w okresie życia płodowego i po urodzeniu, część z nich ulega degeneracji, a część przekształca się w prespermatogonie. Te z kolei proliferują w okresie pourodzeniowym, wchodzą potem w fazę uśpienia, następnie proliferują ponownie w okresie dojrzewania płciowego i przekształcają się w spermatogonie A0. Te z kolei podlegają 6 podziałom mitotycznym, przekształcając się odpowiednio w spermatogonie A1, A2 (obie grupy stanowią „pulę komórek zapasowych”), A3, A4, pośrednie i B.
Spermatogonie B przekształcają się w spermatocyty I rzędu.
Po procesie replikacji DNA (spermatocyt I rzędu posiada tetraploidalną ilość DNA i diploidalną ilość chromosomów) dochodzi do pierwszego podziału mejotycznego (redukcyjnego, w jego wyniku dochodzi do segregacji materiału genetycznego), w wyniku którego powstają 2 spermatocyty II rzędu (diploidalna ilość DNA, haploidalna ilość chromosomów). Spermatocyty II rzędu podlegają drugiemu podziałowi mejotycznemu, w wyniku którego powstają 2 spermatydy (haploidalna ilość DNA, haploidalna ilość chromosomów)
Czas trwania spermatogenezy wynosi:
- człowiek – 75dni
- Buhaj – 60dni
- Ogier – 55dni
-Knur – 40 dni
Proces przekształcania się spermatyd w plemniki nosi nazwę spermiogenenzy.
Proces „odtwarzania” puli gamet przebiega cyklicznie w kanalikach nasiennych (tzw. cykl spermatogenetyczny – seria podziałów spermatogonii A0, warunkująca obecność komórek rozrodczych w tym samym stadium rozwoju w danym miejscu kanalika).
Plemniki opuszczające kanaliki nasienne nie mają zdolności poruszania się, ani zdolności do zapłodnienia. Muszą ulec procesowi dojrzewania gamet w najądrzach. Proces ten, niezależnie od częstotliwości ejakulacji, trwa:
Buhaj – 8-10dni
Ogier – 8-10dni
Knur – 17-18dni
Tryk – 15-16dni
W trakcie pasażu przez najądrza dochodzi do „powleczenia” plemników wydzieliną chroniącą przed działaniem enzymów plazmy nasienia. Dochodzi tu także do eliminacji nieprawidłowo zbudowanych gamet przez spermiofagi.
Nasienie: skład i metabolizm.
Nasienie = plemniki + plazma (osocze) nasienia (wydzielina gruczołów płciowych dodatkowych + komórek dróg wyprowadzających nasienie). Ostateczny skład plazmy nasienia zależy od udziału wydzielin poszczególnych gruczołów płciowych. W przypadku np. buhaja, kształtuje się następująco: 50% - gruczoły pęcherzykowe, 25% - opuszkowo-cewkowe, 7% - najądrza, 5% - stercz, 14% - plemniki.
Najważniejsze składniki osocza nasienia zwierząt gospodarskich
| Substancja | Buhaj | Ogier | Knur |
|---|---|---|---|
| Woda | 90 | 98 | 95 |
| Białka | 6,8 | 1-2 | 3,7 |
| Fruktoza | 460 | 10 | 20-40 |
| Sorbitol | 10-140 | 40 | 12 |
| Kwas cytrynowy | 620-800 | 30 | 140 |
| Glicerofosfocholina | 350 | 40-120 | 110-240 |
| Inozytol | 60 | 30 | 530 |
| Ergotienina | 0 | 20-110 | 17 |
Ergotioneina – ochrona plemników przed utlenianiem, u buhaja rolę taką pełni kwas L-askorbinowy.
Ważną rolę w przeżywalności plemników odgrywają jony, szczególnie jony Zn2+.
Prostaglandyny E działają na mięśniówkę dróg wyprowadzających nasienie, a także dróg rodnych, ułatwiając wędrówkę nasienia w kierunku jajowodów.
Nasienie pochodzące z jednego wytrysku nazywamy ejakulatem. W zależności od gatunku zwierzęcia, różna jest objętość ejakulaty, liczba plemników w 1ml oraz pH.
| Gatunek | Objętość ejakulatu (ml) | Liczba plemników (mln x 106) | wartość pH |
|---|---|---|---|
| Buhaj | 2-10 | 1000 | 6,4-7,8 |
| Ogier | 30-300 | 100 | 6,2-7,8 |
| Knur | 150-500 | 100 | 7,3-7,9 |
Tkanką docelową LH są komórki śródmiąższowe jądra (Leydiga; około 10% masy jądra). Wpływa on na syntezę i uwalnianie testosteronu, który z kolei, po przekształceniu w komórkach docelowych w formę aktywną 5-dihydrotestosteron (5-DHT):
- wpływa na komórki w kanalikach nasiennych, pobudzając spermatogenezę;
- wraz z estrogenami i prolaktyną wpływa na wydzielanie gruczołów płciowych dodatkowych;
- reguluje temperaturę jąder, wpływając na elementy układu termoregulacyjnego moszny (tunica dartos, m. cremaster)
- wraz z estrogenami i gonadotropinami warunkuje rozwój wtórnych cech płciowych i zachowania samców (w tym seksualne);
- pobudza anabolizm tkanki mięśniowej, reguluje wraz z mineralokortykoidami gospodarkę wodno-mineralną organizmu;
- działając na drodze parakrynnej reguluje aktywność komórek podporowych (Sertoli`ego).
FIZJOLOGIA II
16.05.2011
Inne hormony komórek Leydig`a.
Innymi hormonami produkowanymi przez komórki śródmiąższowe są:
- Proopiomelanokortyna (POMC) i powstające z niej hormonem adrenokortykotropowy (ACTH), hormon melanotropowym(MSH) oraz β-endorfina.
- ACTH i MSH działają pobudzająco na podziały komórek płciowych oraz wzmagają procesy rozrodcze w komórkach podporowych, β-endorfina (w wysokim stężeniu) działa przeciwstawnie.
- Oksytocyna (OXT) moduluje procesy steroidogenezy w komórkach śródmiąższowych, wpływa także na przemieszczanie plemników z kanalików nasieniotwórczych do najądrzy.
FSH
Tkanką docelową FSH są komórki podporowe jądra (Sertoli`ego). Wpływa on na syntezę i uwalnianie z tych komórek białka wiążącego androgeny (ABP; androgen-binding protein), estrogenów oraz inhibiny.
Razem z LH, działając synergistycznie, wzmaga wytwarzanie testosteronu.
Główną funkcją ABP jest „zatrzymywanie” testosterony i 5-DHT w płynie kanalików nasiennych (co umożliwia przekształcanie spermatyd w plemniki).
Estrogeny, uwalniane z komórek podporowych pod wpływem FSH, powodują zwiększenie aktywności wydzielniczej gruczołów płciowych dodatkowych.
PRL
Tkanką docelową PRL są komórki śródmiąższowe jądra (Leydig`a) oraz komórki wydzielnicze gruczołów płciowych dodatkowych.
Wpływa na spermatogenezę, zwiększając liczbę receptorów LH i FSH w komórkach śródmiąższowych;
U zwierząt o sezonowym typie rozrodu (tryk, pies, lis, kot, etc.) zapobiega zanikowi masy jąder;
Wpływa dodatnio na wydzielanie LH z przedniego płata przysadki.
Fizjologia i rozwój pęcherzyków jajnikowych
Oocytogeneza i rozwój pęcherzyków jajnikowych.
Pierwotne komórki płciowe, oogonie, po wielu podziałach mitotycznych „zastygają” w stadium profazy podziału mejotycznego, stając się oocytami I rzędu. W stadium tym, otoczone pojedynczą warstwą płaski komórek nabłonkowych (pęcherzyk jajnikowy pierwotny = primordialny), mogą trwać wiele miesięcy i lat. W przypadku, gdy pęcherzyk zostaje poddany rekrutacji, oocyt I rzędu zaczyna przejawiać aktywność metaboliczną i tuż przed owulacją przechodzi I podział mejotyczny. Powstaje oocyt II rzędu (diploidalna ilość DNA i haploidalna liczba chromosomów) i ciałko kierunkowe I. Oocyt II rzędu przechodzi II podział mejotyczny (tzw. wyrównawczy) i powstają dojrzała komórka jajowa (haploidalna ilość DNA i haploidalna liczba chromosomów) i ciałko kierunkowe II. Do drugiego podziału mejotycznego często dochodzi tuż po zaplemnieniu.
Nabłonek pęcherzyka pierwotnego dzieli się, staje sześcienny i przechodzi w komórki warstwy ziarnistej, a ze zrębu kory jajnika rozwijają się komórki osłonki wewnętrznej i osłonki zewnętrznej. Dalszy rozwój pęcherzyka sterowany jest przez hormony przysadkowe.
Pierwotne pęcherzyki przekształcają się w pęcherzyki rosnące (pierwszego rzędu), następnie w pęcherzyki wtórne (preantralne), te z kolei w pęcherzyki III rzędu (astralne), a jedynie jeden/kilka z każdej „fali pęcherzykowej”, zależnie od gatunku zwierzęcia, przechodzi w pęcherzyk Graaf`a (owulacyjny).
Na komórkach warstwy ziarnistej są receptory FSH, na komórkach osłonki wewnętrznej – receptory LH.
LH pobudza komórki osłonki wewnętrznej do produkcji androstendionu i testosteronu, które dyfundują do warstwy ziarnistej. Tam, na skutek działania FSH oraz VIP, aktywowana jest 17β-aromataza, przekształcająca androgeny w 17β-estradiol.
17β-estradiol dyfunduje przez osłonkę wewnętrzną do osłonki zewnętrznej i do unaczyniających ją kapilar, ale po drodze, gromadząc się w osłonce wewnętrznej w dużych ilościach, blokuje receptory LH, hamując w ten sposób produkcję testosteronu – jest ultrakrótka pętla regulacyjna jajnika.
Innym mechanizmem regulacyjnym jest produkcja przez komórki warstwy ziarnistej inhibiny, która z krwią dostaje się do przysadki hamuje sekrecję FSH.
Jednym z najbardziej wydajnych mechanizmów regulujących poziomy hormonów sterydowych w jajniku i krwi jest mechanizm przeciwprądowego przenikania substancji czynnych do tętnicy jajnikowej z odpływającej żyłami jajnikowymi krwi przepływającej przez narząd.
Oprócz tych pętli regulacyjnych, w sterowanie sekrecją gonady włączone są liczne substancje o działaniu miejscowym, np. czynniki troficzne lub wysoce wyspecjalizowane peptydy będące inhibitorami luteinizacji lub też stymulatorami luteinizacji komórek zarówno warstwy ziarnistej, jak i osłonki wewnętrznej.
Inhibitory luteinizacji ograniczają zdolność komórek warstwy ziarnistej do produkcji progesteronu. Dopiero po owulacji, przy wysokim poziomie we krwi krążącej LH i PRL, dochodzi do gwałtownej produkcji stymulatorów luteinizacji, co z kolei doprowadza do wykształcenia się ciałka żółtego.
Innymi substancjami białkowym istotnymi dla rozwoju i prawdiłowej funkcji pęcherzyków jajnikowym:
- insulinopodobne czynniki wzrostu (IGF-1 i IGF2 = somatomedyny) wytwarzane w komórkach warstwy ziarnistej. Wpływają na proliferację, różnicowanie i steroidogenezę komórek, są wążnymi czynnikami angiogenezy (szczególnie na terenie ciałka żółtego). Regulują syntezę i uwalnianie estradiolu, progesterony, androgenów, oksytocyny (jajnikowej) i inhibiny.
- czynnik wzrostu naskórka (EGF) – hamuje wpływ FSH na tworzenie estradiolu, pobudza syntezę progesteronu, wpływa na angiogenezę w ciałku żółtym.
- interleukina 1 (IL-1) – reguluje procesy immunologiczne w trakcie dojrzewania pęcherzyka i przygotowania do owulacji.
- inhibina (INH) – wytwarzana jest przez komórki ziarniste pod wpływem LH i IGF-1. Hamuje syntezę estradiolu, stymuluje syntezę progesteronu (zarówno lokalnie, jak i poprzez przysadkę).
- aktywina (ACT) – wytwarzana jest przez komórki ziarniste, działa na przysadkę, stymulując sekrecje FSH, jednocześnie blokuje receptory LH na komórkach osłonki wewnętrznej, zmniejszając syntezę testosteronu.
Atrezja pęcherzyków jajnikowych.
Pęcherzyki jajnikowe w fazie wzrastania („fala rekrutacyjna”) poddawane są cyklicznym wpływom wysokich stężeń gonadotropin (FSH, LH, PRL). W zależności od momentu rozwojowego pęcherzyka, reaguje on (lub też nie) wytworzeniem receptorów dla FSH, a to prowadzi do uczynnienia 17β-aromatazy = przekształcenie testosteronu, zawartego w komórkach ziarnistych w estradiol = rozwój pęcherzyka = owulacja.
W przypadku, gdy wyrzut gonadotropin nie spowoduje ekspresji receptorów FSH, 17β-aromataza pozostaje nieczynna, a gromadzący się w komórkach warstwy ziarnistej testosteron przekształcany jest w 5-dihydrotestosteron, którego nadmierna koncentracja w płynie pęcherzykowym prowadzi do pojawienia się zmian wstecznych = atrezji.
Fale rozwojowe pęcherzyków: klacze = 2 fale, krowy = 3 fale, owce = 3 fale,
U kobiet może występować do 5 fal rekrutacyjnych w jednym cyklu płciowym.