Reproduktive Funktionen

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1 Reproduktive Funktionen Androgene Nebennierenrinde (Zona reticularis) Hoden (Leydig-Zellen) Ovar Androgene Dehydroepiandrosteronsulfat Dehydroepiandrosteron Androstendion Androgene Testosteron (Androgene) Lernziele: 85 Männliche Geschlechtsorgane Ureter Harnblase Vesicula seminalis Urethra Prostata Glandula bulbourethralis Ductus deferens Scrotum Epididymis Hoden 1

2 Ductus deferens Epididymis SERTOLI-ZELLEN Hoden Samenkanälchen LEYDIG-ZWISCHENZELLEN Cholesterin Steroidbiosynthese Androgenrezeptor Hormontransport Testosteron Frei: 2% Gebunden: -Albumin 54% - Sexualhormonbindendes Globulin 44% 2

3 Umwandlung von Testosteron HODEN Testosteron HAUT 5α-Reduktase Aromatase FETTGEWEBE (Leber, Gehirn, Sertoli-Zellen) Dihydrotestosteron 17 β-östradiol Wirkungsgrad der Androgene Dihydrotestosteron : Testosteron : schwache Androgene = 60 : 20 : 1 100x Menge Wirkungen von Testosteron Testosteron Testosteron Testosteron 5α-Reduktase Dihydrotestosteron Testosteron Aromatase Östradiol Wirkung Wirkung Wirkung 3

4 Fetale Entwicklung Y-Chromosom Geschlecht bestimmendes Y-Gen Anti-Müller Hormon Embryonale Gewebe Embryonale Hoden Sertoli-Zellen Regression der Müller- Gängen Leydig-Zellen Testosteron Wolff-Gänge humanes Choriongonadotropin (hcg) der Mutter Dihydrotestosteron Entwicklung des Nebenhodens u. Ductus deferens Entwicklung des Penis u. des Scrotums Gegenstromaustauscher für Temperatur und Testosteron 32 o C 4

5 Direkte und indirekte Wirkungen von Testosteron im Fetus Testosteron Testosteron 5α-Reduktase Testosteron Dihydrotestosteron Aromatase Testosteron Östradiol Entwicklung der Wolff-Gänge Entwicklung des Penis u. des Scrotums Entwicklung des Hypothalamus Testosteronkonzentration im Blut Embryonalleben Pubertät Testosteronkonzentration (nmol/l) Geburt Zeit (Jahre) 5

6 Wirkungen der Androgene Während der Fetalperiode Entwicklung des Nebenhodens, des Ductus deferens und der Samenblase aus den Wolff-Gängen Entwicklung des Penis und Scrotums Während der Pubertät und beim erwachsenen Mann Sekretion der Nebenhoden und Anhangsdrüsen Hoden (endokrine Milieu für die Spermatogenese) Muskulatur (eiweißanabole Wirkung) Doping! Knochen (verstärkte Knochenbildung,Schluß der Epiphysenfugen) Wachstum des Larynx, Stimmbruch Haut (männlicher Behaarungstyp, Talgdrüsensekretion) Zentrales Nervensystem Erythropoiese Hypothalamo-hypophyseo-testikulärer Regelkreis Hypothalamus limbisches System Leptin FSH LH GnRH FSH LH Hypophyse Leydig- Zelle Testosteron Inhibin negative Rückkopplung: + alle Androgene, Östrogene im Fötus: LH humanes Choriongonadotropin (hcg) GnRH: Gonadotropin-Releasing-Hormon FSH: Follikelstimulierendes Hormon LH: Luteinisierendes Hormon Spermien Tubulus Hoden 6

7 Blut-Hoden Schranke Die Spermatogenese dauert Tage Täglich werden Millionen Spermien produziert Sertoli-Zellen Spermatogonie Spermatozyte Spermatiden Spermien haben keine Androgenrezeptoren TESTOSTERON (die Konzentration ist hoch!) Blut-Hoden Schranke (tight junctions) basales Kompartiment adluminales Kompartiment Epithel Basalmembran Vasektomie Kastration Vasektomie: Chirurgischer Eingriff zur Sterilisation des Mannes. Die Operation wird zur Empfängnisverhütung eingesetzt. Dabei werden die Samenleiter (Ductus deferens) im Bereich des Nebenhodens des Mannes durchtrennt. Kastration vor der Pubertät: - Hochwuchs und Störungen der Verknöcherung, daher längere Extremitäten und eunuchoider Körperbau - Ausbleiben der männlichen Körperbehaarung - Geringes Wachstum des Kehlkopfs und daher das Ausbleiben des Stimmbruchs Kastratenstimme Kastration im Erwachsenenalter: Veränderung der Behaarung Abnahme der Libido Carlo Maria Michelangelo Nicola Broschi Farinelli ( ) 7

8 Befruchtung der Eizelle, Schwangerschaft, Geburt, Laktation Lernziele: 87, 88 Samenflüssigkeit: Spermien + Sekrete der akzessorischen Geschlechtsdrüsen (Prostata, Vesicula seminalis, bulbourethrale Drüse). Das Ejakulat wird erst im Augenblick der Ejakulation zusammengesetzt. In den Ausführungsgänge des Hodens - Wirkung der Östrogene an die Spermien (Na + - und Wasser-Reabsorption) Die Passagezeit durch den Nebenhodengang beträgt 2-10 Tage. Funktion: Speicherung, Reifung, Dekapazitation und immunologischer Schutz der Spermien. Volumen des Ejakulats: 3 ml, enthält 150 Millionen Spermien 8

9 Kohabitation, Geschlechtsverkehr Beim Mann: -Erektion (Zunahme des Blutvolumens der Kavernen der Schwellkörper, die die Einführung des Penis in die Vagina ermöglicht) - Emission: Kontraktionen der glatten Muskulatur von Nebenhoden, Ductus deferens, Prostata und Samenblasen. Dadurch werden deren Sekrete in die hintere Urethra befördert. -Ejakulation: Dehnung der Urethrawand führt zur reflektorischen Erregung der perinealen Muskulatur. Kontraktion des Anfangsteils der Urethra verhindert den Übertritt des Ejakulats in die Harnblase. Vasodilatation Reize, die die Erektion auslösen: Höhere Zentren im ZNS Mechanische Reizung der Haut (erogene Zonen) REM-Schlaf Hemmung der Phosphodiesterase Erschlaffung der glatten Muskulatur Parasympathische Endigungen Ach/NO 9

10 Kohabitationsreflexe + Oxytocin Th10-L2 Mann 3 Orgasmus Hemmphase 4 2 Sexuelle Erregung/Plateauphase Rückbildung 1 Lust Frau Orgasmus Sexuelle Erregung/Plateauphase Lust Rückbildung Der Orgasmus ist der Höhepunkt des sexuellen Lusterlebens. Begleitsymptomen: Tachykardie Blutdruckerhöhung Hyperventilation Erhöhter Muskeltonus 10

11 Befruchtung und Implantation der Eizelle Zahl der Spermien: im Ejakulat Millionen im Uterus im Eileiter Befruchtung - 1 Das Ejakulat koaguliert unmittelbar nach Verlassen der Urethra, um in den folgenden 15 Minuten wieder zu liquefizieren. Nach der Ejakulation überleben die Spermien max. 48 Stunden lang. Nach der Ovulation bleibt die Eizelle max. 24 Stunden lang befruchtungsfähig. Befruchtung der Eizelle 1. Die Spermien aszendieren in die Tuben. Kapazitation: während der Aszension durch den weiblichen Genitaltrakt werden die Spermien befruchtungsfähig (sie geben Oberflächenproteine ab). 2. Kontakt mit der Zona pellucida (speziesfremde Befruchtung ist ausgeschlossen!) 3. Akrosomen-Reaktion: Fusion der Membranen, Freisetzung von Enzyme 4-5. Das Spermium bohrt sich durch die Zonasubstanz und die Perivitellinspalte (Glykoprotein - Rezeptor) 11

12 6. Migration der Kortikalgranula zur Oberfläche der Eizelle, dort setzen sie ihre Inhalt frei Blockade gegen Polyspermie (Enzyme zerstören die spezifischen Rezeptoren) 9. Penetration des fertilisierenden Spermiums 10. Zweite meiotische Teilung der Eizelle 11. Dekondensiert das Kromatin des Spermiums Annäherung und 14. Verschmelzung von männlichem und weiblichem Chromatins, Bildung der diploiden Zygote (Glykoprotein - Rezeptor) Einnistung - Implantation Extrauterine Schwangerschaft Immunologische Toleranz der Schwangerschaft 12

13 Aus den Zotten des Chorions und der mütterlichen Schleimhaut (Decidua) baut sich die Plazenta. Die Plazenta dient dem An- und Abtransport von Stoffen mit dem Blut des mütterlichen und fetalen Kreislaufs. Eine direkte Verbindung zwischen kindlichem Kreislauf und mütterlichem Blut gibt es nicht. Die Zotten erhalten kleine Verzweigungen der kindlichen Gefäße. Aus dem blutgefüllten Zwischenzottenraum (intervillöser Raum) mit einem Fassungsvermögen von etwa 150 ml entnehmen die Chorionzotten die erforderlichen Nährstoffe. Einfache Diffusion: Atemgase, Steroidhormone Carrier erleichterter passiver Transport: Glucose Aktiver Transport: Na + -Symportcarrier für Aminosäuren Endozytose: IgG (Rhesusinkompatibilität!) Schwangeschaftsdauer: 38 Wochen post conceptionem oder 40 Wochen post menstruationem Physiologie der Schwangeren: 1) Herzzeitvolumen +40% 2) Blutvolumen: +30% 3) Blutdruck: -15 mmhg 4) Energiebedarf erhöht sich + Eisen, Folsäure (Leptin-Resistenz des Hypothalamus) Gewichtszunahme: etwa12 kg 3,3 kg Fetus 0,7 kg Placenta 1 kg Fruchtwasser 0,7 kg Uterus 1,3 kg Blut 0,2 kg Brustdrüse 5 kg Fett/interstitielle Flüssigkeit 13

14 Schwangerschaft Humanes Plazentalaktogen Humanes Choriongonadotropin β 3 β 4 14

15 Humanes Plazentalaktogen Humanes Choriongonadotropin Schwangerschaftstest SCHWANGER NICHT SCHWANGER 15

16 Humanes Plazentalaktogen Humanes Choriongonadotropin Fetoplazentare Einheit 16

17 Humanes Plazentalaktogen Humanes Choriongonadotropin Änderungen der Plasmakonzentrationen der Plazentahormone in den letzten Tagen vor der Geburt 17

18 Entwicklung der motorischen Uterusaktivität + Relaxin Wachstum der Brustdrüse Pubertät: Östradiol Progesteron Schwangerschaft: Östrogene Progesteron Humanes Plazentalaktogen Prolactin Glucocorticoide Insulin 18

19 Prolaktin Peptidhormon (199 Aminosäuren) Deutliche Sequenzhomologien mit dem Wachstumshormon und dem humanen plazentaren Lactogen Synthese: Hypophyse, Brustdrüse, Endothelzellen, bestimmte Neurone, T-Lymphozyten Wirkung: Während der Schwangerschaft - Wachstum und Differenzierung der Brustdrüse, Bildung und Sekretion der Muttermilch Hemmt die GnRH Sekretion (der normale Zyklus fehlt - keine sichere Empfängnisverhütung) Stimuliert REM-Schlaf Immunmodulatorische Wirkung Regulation der Freisetzung Während der Stillzeit: eine erhöhte Plasmaosmolarität 19

20 Physiologie des Fetus Anpassung der Neugeborenen an das extrauterine Leben Körperliches Wachstum Lernziele: 89, 90 Fetales Kreislaufsystem Botalli der Lungengefäßwiderstand ist hoch (hypoxische Vasokonstriktion) HbF (α 2 γ 2 ) Arantii HbF hat schwächere Affinität zu 2,3-DPG + Höhere Hb-Konzentration 20

21 Dramatische Änderungen nach der Geburt! Beginn der Lungenatmung Übergang vom plazentaren zum pulmonalen Gasaustausch 1) Belüftung der zuvor mit Flüssigkeit gefüllten Alveolen 2) Zunahme der Lungendurchblutung durch Absinken des pulmonalen Gefäßwiderstandes Verbesserung der O 2 -Versorgung ad 1) Belüftung der Alveolen: Entfernung des Fruchtwassers aus der Lunge: Mechanische Kompression Atembemühungen (Hypoxie, Hyperkapnie, Kältereiz) Osmotische Wasserresorption durch Adrenalin-aktivierten aktiven Na + -Transport in den Alveolen +Surfactant! ad 2) Zunahme der Lungendurchblutung: Prenatal ist der Lungengefäßwiderstand hoch (hypoxische pulmonale Vasokonstriktion). Durch Atmung erhöhtes Angebot von O 2 führt zu Vasodilatation. Lokale Prostazyklin- und NO-Freisetzung aus den Endothelzellen. Anpassung des Kreislaufsystems vor der Geburt nach der Geburt Absinken des Lungengefäßwiderstandes steigert pulmonalvenöse Rückstrom in die linke Herzhälfte. Die linke Herzhälfte muß nach der Durchtrennung der Nabelarterien gegen erhöhten peripheren Widerstand auswerfen. Vorübergehend ein Druckabfall im rechten Vorhof. Funktionelle Verschluss des Foramen ovale (Kreislauftrennung). Ductus arteriosus Botalli wird aufgrund der geänderten druckverhältnissen von links nach rechts durchblutet, später schließt sich bindegewebig (Prostaglandin E 2 - Konzentration muß sinken). 21

22 Mit dem Beginn der Lungenatmung kommt es zu einem Anstieg des arteriellen O 2 -Partialdrucks von ca mmhg auf ca mmhg und der O 2 -Sättigung von ca. 60% auf ca. 95% im arterialisierten Blut. Eine erhöhte Konzentration des Hb ist funktionell nicht mehr nötig. Linksverschiebung der O 2 -Bindungskurve ist nicht mehr nötig. Mit der einsetzenden Neusynthese wird bis zum Ende des ersten Lebensjahres das HbF weitgehend durch adultes HbA (mit geringerer O 2 -Affinität) ersetzt. Neugeborenengelbsucht (Icterus neonatorum) Gelbfärbung von Haut, Skleren und anderen Geweben durch Einlagerung von Bilirubin. Durch eine Unreife der Leber die Glukuronyltransferase noch nicht in vollem Umfang aktiv ist. In den ersten Lebenstagen mehr Bilirubin neu gebildet wird als die Leber ausscheiden kann. Beschreitet die Menge des (unkonjugierten, fettlöslichen) Bilirubins einen Schwellenwert, kann es die Blut-Hirn-Schranke überwinden. Dort lagert es sich in den Basalganglien ab (Kernikterus). Kurzwelliges (blau) Licht abbaut das Bilirubin. 22

23 Somatotropes Hormon (STH) Verwandt mit Prolaktin und hpl Der Rezeptor wird nach der Bindung an STH durch Dimerisierung aktiviert Im Blut: GH + exrazelluläre Domäne des Rezeptors Transkription + Phosphorylierung Janus-Kinase2 (Tyrosinkinase) Janus-Kinasen sind benannt nach dem doppelköpfigen römischen Gott Janus, dem Wächter der Tore, da sie zwei ähnliche Proteindomänen besitzen, von denen aber nur eine funktional ist. Growth hormone receptor signalling pathways. Reprinted from TRENDS in Endocrinology and Metabolism 12(6), J. Herrington and C. Carter-Su, Signaling pathways activated by the growth hormone receptor, , 2001, with permission from Elsevier, Somatotropes Hormon (STH) (Somatotropin, Wachstumshormon, Growth hormone, GH) (191 Aminosäuren) Wirkung: Akute Stoffwechselwirkungen Proteine: stimuliert die Proteinsynthese (anaboles Hormon) Doping! Fettstoffwechsel: lipolytische Wirkung Kohlenhydratstoffwechsel: Blutzuckerspiegel Anti-Insulin Wirkung: hemmt die Glucoseaufnahme hemmt den Glucoseverbrauch fördert die Gluconeogenese in der Leber Chronische Wachstumsfördernde Wirkung Leber: stimuliert die Produktion von Somatomedinen (Wachstumsfaktoren) Insulinähnliche Wirkung stimuliert die Glucoseaufnahme stimuliert die Proteinsynthese mitogener Faktor Skelettwachstum 23

24 Somatomedin - Insulin-like growth factor Insulin-like growth factor-1 (IGF 1) Insulin-like growth factor-1 (IGF 1) Polypeptid Es wird in allen Geweben gebildet, in denen GH seine Wirkung entfaltet (Knochen, Muskel), vor allem jedoch in der Leber. IGF 2 ist NICHT durch GH reguliert! Intrauterine Entwicklung Schilddrüsenhormone Glukokortikoide (physiologische Konzentration) Stimulieren die Synthese der GHRH-Rezeptoren Stress Somatotropin-Releasing-Hormon (Synthese und Sekretion von STH ) Somatotropin-Release-Inhibiting-Hormon (Sekretion von STH ) 24

25 STH-Überproduktion: In der Wachstumsphase: Gigantismus Nach der Pubertät: Akromegalie STH-Mangel: In der Wachstumsphase: Zwergwuchs Nach der Pubertät: metabolische Störungen Guinness-Rekord cm 25

26 die Akren sind unproportional vergrößert die Haut ist verdickt, exzessive Schweißsekretion Hyperglykämie Erregung der Prolaktinrezeptoren Überdosierung des Wachstumshormons Laron-Zwerge 26

27 Pygmäen (zusammenfassende Bezeichnung für verschiedene, in Zentralafrika lebende, kleinwüchsige Ethnien) Bis ins frühe Teenageralter verläuft ihr Wachstum fast wie bei anderen Menschen, nur wachsen sie danach nicht mehr weiter. Pygmäen haben eine verringerte Produktion des Wachstumsfaktors IGF-1. Die durchschnittliche Körpergröße erwachsener Pygmäen liegt bei Männern bei ca. 152 cm und bei Frauen bei 147 cm. Wachstum Befruchtete Eizelle erwachsener Mensch Hyperplasie: die Vergrößerung eines Gewebes durch vermehrte Zellteilung Hypertrophie: Größenzunahme eines Organs durch Zellvergrößerung. + Differenzierung Intrauterines Wachstum: (ungefähr 50 cm) Genetische Information Ernährungszustand der Mutter (Medikamente, Alkohol) Metabolische Wirkung (zb. Diabetes mellitus der Mutter) Hormone Insulin Wachstumsfaktoren (Insulin-like growth factor-2 (IGF-2)) Humanes Plazentalaktogen (Schilddrüsenhormone) Extrauterines Wachstum: Wachstumshormon Insulin-like growth factor-1 (IGF-1) Androgene, Östrogene Calcitriol, Parathyrin, Calcitonin Schilddrüsenhormone (permissive Wirkung) Glukokortikoide (die Überproduktion hemmt das Wachstum!) Kretenismus 27