Мужские половые железы человека: функции, строение

Большая часть циркулирующего тестостерона (60%) прочно связана в крови с глобулином, связывающим половые гормоны (ГСПГ). Свободный и связанный с альбумином тестостерон может поступать в клетки организма, в свете чего эту часть тестостерона называют биологически доступной. Несмотря на связывание с ГСПГ, у тестостерона непродолжительный период полураспада, составляющий 10 мин. Тестостерон метаболизируется главным образом печенью. Однако метаболиты тестостерона составляют только 20—30% 17-кетостероидов мочи.

ГСПГ — крупный гликопротеид, вырабатывается печенью. Продукция ГСПГ печенью зависит от многих метаболических факторов:

• половые стероиды активно модулируют синтез ГСПГ — эстрогены его стимулируют, в то время как андрогены подавляют, чем обусловлена более высокая концентрация ГСПГ у женщин;
• у больных циррозом печени уровень эстрогенов в крови остаётся нормальным, а тестостерона снижается, что ведёт к повышению уровня ГСПГ у таких больных;
• сниженная концентрация Т4 или Т, снижает уровень ГСПГ, в то время как на фоне тиреотоксикоза уровень ГСПГ повышается;
• концентрация ГСПГ снижена при ожирении и акромегалии, что обусловлено влиянием гиперинсулинемии.

Факторы, влияющие на концентрацию глобулина, связывающего половые гормоны

Превращение тестостерона в 17β-эстрадиол и дигидротестостерон (ДГТ). Суточный синтез тестостерона составляет 5—7 мг, или 5000—7000 мкг. У здоровых мужчин образуется до 40 мкг 17β -эстрадиола, причём 3/4 этого количества образуется в периферических тканях путём ароматизации тестостерона ферментом ароматазой, а остальные 10 мкг секретируются непосредственно тестикулами (клетками Лейдига). Наибольшее количество ароматазы содержится в жировой ткани, поэтому чем выше степень ожирения, тем интенсивнее синтез эстрадиола.

Метаболизм эстрадиола у мужчин:

• суточная продукция 35—45 мкг;
• биологически активно 2-3% эстрадиола, остальной связан с ГСПГ;
• источники циркулирующего эстрадиола:
• образование из тестостерона путём его ароматизации на периферии — 60%;
• секреция тестикулами — 20%;
• периферическая конверсия из эстрона — 20%.

Основная часть ДГТ (до 350 мкг) образуется путём прямой трансформации тестостерона под действием 5α-редуктазы. У человека выделено два изофермента 5-редуктазы. Тип 1 локализуется преимущественно в коже, печени и тестикулах, в то время как тип II — в репродуктивных тканях, коже половых органов и придатке яичка.

Связывание с андрогеновыми рецепторами. Андрогеновый рецептор — полипептид (910 аминокислот), подобно другим стероидным и тиреоидным рецепторам относится к ДНК-связывающимся протеинам. Одни и те же рецепторы связывают тестостерон и ДГТ.

Регуляция функции мужских половых желёз

Функция тестикул регулируется замкнутыми системами обратной связи, в которых выделяют шесть основных компонентов:

1. экстрагипоталамические отделы ЦНС;
2. гипоталамус;
3. аденогипофиз;
4. тестикулы;
5. регулируемые мужскими половыми гормонами органы-мишени;
6. транспортная система для мужских половых гормонов и их метаболизм.

Экстрагипоталамическая регуляция ЦНС. Экстрагипоталамические отделы мозга оказывают на репродуктивную функцию как стимулирующее, так и подавляющее действие. В среднем мозге клетки содержат биогенные амины, норадреналин (НА) и серотонин (5-гидрокситриптамин; 5-ГТ), а также нейротрансмитеры, которые тесно связаны с многими отделами гипоталамуса, включая преоптическую, переднюю и медиобазальную зоны, где локализуются нейроны, вырабатывающие ГнРГ.

Гипоталамическая регуляция

• Пульсирующая секреция ГнРГ. Гипоталамус служит интегрирующим центром регуляции ГнРГ. ГнРГ — декапептид, который секретируется в портальную систему гипофиза с определённой периодичностью — пик секреции каждые 90—120 мин. Период полураспада ГнРГ составляет 5—10 мин, и в системный кровоток он практически не попадает, поэтому не исследуют его содержание в крови. От частоты пульсирующей секреции ГнРГ зависит избирательность стимулирования секреции гонадотропинов ЛГ и ФСГ. Регулирует секрецию ГнРГ «гипоталамический генератор биоритма», локализующийся в аркуатном ядре. Вместе с тем каждый отдельный нейрон секретирует ГнРГ не постоянно, а периодически, что и обеспечивает, вероятно, суммарный пульсирующий характер секреции ГнРГ под синхронизирующим влиянием «гипоталамического генератора биоритма». Пульсирующая секреция ГнРГ определяет и пульсирующий ритм секреции гормонов регулируемых им желёз (ЛГ, ФСГ, андрогенов, ингибина). Ранее предполагали, что существуют рилизинг гормоны как для ЛГ, так и для ФСГ, но в настоящее время большинством разделяется точка зрения, что регулирует секрецию как ЛГ, так и ФСГ только ГнРГ, причём степень влияния на ЛГ и ФСГ зависит от ритма секреции ГнРГ: высокая частота снижает секрецию как ЛГ, так и ФСГ; низкая частота в большей степени стимулирует секрецию ФСГ, чем ЛГ; введение ГнРГ с постоянной скоростью подавляет секрецию обоих гипофизарных гонадотропинов.
• Регуляция ГнРГ. Синтез и секрецию ГнРГ регулируют экстрагипоталамические отделы ЦНС, концентрация в крови андрогенов, пептидных гормонов, таких, как пролактин, активин, ингибин и лептин. Локальная модуляция секреции ГнРГ осуществляется нейропептидами, катехоламинами, индоламинами, NO, дофамином, нейропептидом Y, ВИН и КРГ.

Гипоталамический пептид кисспептин у мужчин стимулирует быстрое повышение секреции ЛГ. Совсем недавно было показано, что гипоталамическая секреция ГнРГ опосредуется кисснейронами, вырабатывающими кисспептин, который стимулирует кисс1-рецептор. Кисспептиновые нейроны также опосредуют обратную связь половых гормонов с гипоталамусом.

Введение лепитина повышает содержание кисс1 в матричной РНК клеток гипоталамуса, так же как и секрецию ЛГ и тестостерона. Кисспептин поэтому может быть промежуточным звеном в реализации стимуляции лептином секреции ГнРГ.

Пролактин подавляет секрецию ГнРГ, что проявляется гипогонадизмом у пациентов с гиперпролактинемией.

Гипофизарная регуляция. Гонадотропины ЛГ и ФСГ синтезируются гонадотрофами аденогипофиза и секретируются пикообразно, в ответ на пикообразную секрецию ГнРГ. Однако, поскольку скорость элиминации гонадотропинов более низкая, чем ГнРГ, то пики секреции гонадотропинов менее выражены. ЛГ и ФСГ — крупные гликопротеиды.

ЛГ связывается специфическими мембранными рецепторами клеток Лейдига, что запускает цепь реакций, опосредуемых G-протеином и приводящих к стимуляции синтеза тестостерона в тестикулах.

ФСГ связывается с рецепторами на клетках Сертоли, стимулируя в них образование ряда специфических белков, включая андроген-связывающий протеин, ингибин, активин, активатор плазминогена, γ-глутамилтранспептидазу и ингибитор протеинкиназы. ФСГ в содружестве с тестостероном, продуцируемым клетками Лейдига, и активином синергично стимулируют сперматогенез и подавляют апоптоз половых клеток.

Регуляция секреции гонадотропинов. Как было указано выше, секреция гонадотропинов регулируется пульсирующей секрецией ГнРГ.

Регулирующее влияние цитокинов воспаления.

Биологическое действие тестостерона и его метаболитов

Тестостерон оказывает прямое влияние на организм или опосредованное, через два основных своих метаболита — ДГТ и 17β-эстрадиол.

Выделяют три этапа жизни, на которых тестостерон оказывает различное, причём ключевое, влияние на организм. Недостаток тестостерона или 5а-редуктазы, превращающей тестостерон в ДГТ, приводит к развитию амбивалентных половых органов.

При отсутствии фермента 5α-редуктазы появляется такой симптом, как микропенис. ДГТ необходим для роста и развития предстательной железы, где его концентрация в 10 раз выше, чем тестостерона. В принципе действия тестостерона и ДГТ топографически зависимы: на рост бороды влияет тестостерон, а оволосение подмышек и лобка — ДГТ-зависимое. ДГТ подавляет рост волос на голове, что вызывает характерное облысение у некоторых мужчин. Тестостерон стимулирует эритропоэз через два механизма:

• стимулируя почечное и внепочечное образование эритропоэтина;
• оказывая прямое влияние на костный мозг.

При дефиците фермента ароматазы развивается остеопороз, так как понижается содержание эстрадиола. Эстрадиол также необходим для закрытия зон эпифизального роста.

В последнее время появились данные относительно влияния тестостерона на обмен веществ:

• повышает чувствительность к инсулину и, соответственно, толерантность к глюкозе, стимулирует митохондриальные гены окислительного фосфорилирования;
• повышает экспрессию регуляторных ферментов гликолиза и транспортёра глюкозы GLUT4;
• эффект тестостерона на липиды проявляется после завершения пубертатного периода: снижается концентрация липопротеинов высокой плотности, а триглицеридов и липопретеинов низкой плотности — повышается;
• в препубертатном периоде половых различий в липидном обмене нет.

Тестостерон обладает сосудорасширяющим действием, причём эндотелиально-независимым, оказывая прямое действие на гладкую мускулатуру сосудов. Эстрадиол также обладает сосудорасширяющим действием, которое реализуется через оксид азота (II).

Тестостерон обладает важным психотропным действием на мозг, повышая настроение (драйв), мотивацию, агрессивность и либидо. Он влияет и на когнитивные функции, в частности улучшает пространственное ориентирование и математические способности. Однако уровень тестостерона негативно коррелирует с лёгкостью вербальной функции.

Биологические эффекты тестостерона и дигидротестостерона 

В пубертатном периоде тестостерон и ДГТ оказывают влияние на рост мошонки, полового члена и обеспечивают функциональное единство этих структур, а также они стимулируют:

• амбисексуальный рост волос;
• сексуальный рост волос (бороды, усов, на грудной клетке, животе и спине);
• активность сальных желёз (акне).

Тестостерон и ДГТ стимулируют рост скелетной мускулатуры и гортани, что в последнем случае проявляется низким голосом у мужчин.

Тестостерон и его метаболиты (ДГТ и эстрадиол) стимулируют рост эпифизарных хрящевых пластинок, вызывают быстрый рост в пубертатном возрасте, способствуют закрытию зон роста эпифиза, повышают костную массу, стимулируют гемопоэз, рост предстательной железы, либидо, меняют характерным образом социальное поведение, повышают агрессивность.

Эстрадиол:

• обеспечивает пубертатный рост;
• поддерживает плотность костной массы;
• регулирует секрецию гонадотропинов.

Фазы функционального становления гипоталамогипофизарногонадной системы

У плода мужского пола концентрации гонадотропинов и тестостерона в крови начинают возрастать к концу 2-го месяца гестации, быстро повышаясь до максимума, который поддерживается вплоть до поздних сроков беременности; концентрация тестостерона у новорождённых мальчиков лишь незначительно превышает наблюдаемую у девочек.

Вскоре после родов у мальчиков концентрации ЛГ, ФСГ и тестостерона снова повышаются и держатся на достигнутом уровне около 3 мес, но затем постепенно снижаются до очень низкого уровня к концу первого года жизни. Такие низкие уровни гонадотропинов и тестостерона сохраняются вплоть до пубертатного периода.

В препубертатный период секреция ГнРГ увеличивается по амплитуде и частоте в утренние часы перед пробуждением, что сопровождается повышением в утренние часы секреции ЛГ, ФСГ и тестостерона. С развитием пубертатного периода продолжительность пикообразной секреции гонадотропинов и тестостерона увеличивается, пока в конце пубертата пики секреции не становятся регулярными в течение суток.

В пубертатный период восстанавливается и чувствительность гонадотропинов к стимулирующему действию ГнРГ.

После наступления пубертата концентрации гонадотропинов и тестостерона повышаются, достигая значений взрослого мужчины к 17 годам.

Стадии пубертатного периода у мальчиков (по Таннеру)

В допубертатный период уровень гонадотропинов и стероидов гонад низкий. Вместе с тем под влиянием АКТГ секреция андрогенов надпочечников начинает повышаться у мальчиков с 7—8 лет, т.е. Это явление называют адренархе. Наблюдаемый до пубертата скачок роста и иногда появление подмышечных и лобковых волос связаны с действием андрогенов надпочечников.

Рост волос на лобке вызывают андрогены тестикул и надпочечников. Усиливается рост волос и на лице: рост распространяется к середине нижней губы, на боковые и нижнюю поверхность подбородка. Первая стадия роста волос на лице совпадает с 3-й стадией оволосения лобка (в среднем возраст 14,5 лет), а последняя стадия — с завершением 5-й стадии оволосения лобка и 5-й стадии развития половых органов. Волосы в перианальной зоне появляются немного раньше, чем в подмышечных впадинах. В конце и после пубертата зона роста волос распространяется из лобковой области вверх, принимая ромбовидные очертания.

Первым признаком наступления пубертатного периода обычно бывает увеличение максимального диаметра тестикул (исключая эпидидимис) более 2,5 см. В созревающих клетках Сертоли прекращаются митозы, и они дифференцируются в зрелые клетки. Под влиянием ЛГ число клеток Лейдига в тестикулах также увеличивается.

Сперматозоиды в утренней моче (спермархе) появляются в хронологическом возрасте 13,5 года или при соответствующем костном возрасте на 3—4 стадии развития половых органов и оволосения лобка на 2—4 стадии. Когда пубертат развивается раньше или позже, то соответственно меняется и возраст наступления спермархе. Таким образом, репродуктивная функция у мальчиков развивается раньше наступления физической и, естественно, психологической зрелости.

Пубертатное ускорение (скачок) роста происходит под многосторонним эндокринным контролем, в котором ведущая роль отводится СТГ и половым гормонам; при недостатке одного из них или обоих пубертатный скачок роста уменьшается или не происходит вовсе. Усиливая секрецию СТГ, половые гормоны опосредованно стимулируют синтез ИРФ-1 и, кроме того, непосредственно активизируют образование ИРФ-1 в хрящах. С начала пубертата скорость роста ног опережает скорость роста туловища, но в период скачка роста эти скорости выравниваются. Дистальные части конечностей (стопы и кисти) начинают расти до начала роста проксимальных частей, поэтому быстрое увеличение размера обуви — первый предвестник пубертатного скачка роста. В среднем за пубертатный период мальчики вырастают на 28 см, и чем позже начинается пубертатный период, тем окончательный рост оказывается выше (за счёт более продолжительного периода пубертата).

В пубертате увеличивается гортань, утолщаются и удлиняются голосовые связки, что сопровождается приблизительно в 13-летнем возрасте ломкой голоса и снижением его тембра, завершается формирование мужского тембра к 15 годам. За счёт анаболического действия андрогенов нарастает масса мышц (особенно андроген-чувствительных мышц грудной клетки и плечевого пояса), соединительной ткани, костей, возрастает плотность костной ткани. Максимальной массы лимфоидная ткань достигает к 12 годам, а после этого масса снижается с прогрессированием пубертата.