Яичко: строение, сперматогенез, его регуляция. Роль гематотестикулярного барьера в поддержании интрабулярного гомеостаза. Эндокринная функция яичка.

Закладка половой системы в начальных стадиях эмбриогенеза протекает у обоих полов одинаково (индифферентная стадия) и во взаимодействии с развитием выделительной системы (рис. 20.1). Гонада становится заметна у 4-недельного зародыша в виде половых валиков - утолщений целомического эпителия на вентромедиальной поверхности обеих первичных почек (mesonephros). Первичные половые клетки у зародышей обоего пола - гоноциты - появляются в пресомитных стадиях эмбриогенеза (во 2-й фазе гаструляции). Однако клетки четко выявляются при формировании желточного пузырька. В стенке последнего гоноциты характеризуются большими размерами, крупным ядром, повышенным содержанием гликогена и высокой активностью щелочной фосфатазы в цитоплазме. Здесь клетки размножаются, затем, продолжая деление, мигрируют по мезенхиме желточного пузырька, задней кишки и с кровотоком в толщу половых валиков.

С 33-35 сут из клеток целомического эпителия формируются половые тяжи, которые врастают в подлежащую мезенхиму. Тяжи в своем составе содержат гоноциты. Объем гонад увеличивается, они выступают в целомическую полость, обособляются, но остаются связанными с первичной почкой. Клетки последней подвергаются апоптозу, однако часть клеток мезонефроса выселяется в окружающую мезенхиму и вступает в контакт с эпителиоцитами половых тяжей. На этой стадии развития происходит формирование гонадной бластемы, в составе которой находятся гоноциты, клетки целомического происхождения, клетки мезонефрального происхождения и клетки мезенхимы. До 7-й нед гонада не дифференцирована по полу и называется индифферентной.

В процессе развития индифферентной гонады из мезонефрального протока первичной почки, тянущегося от ее тела к клоаке, отщепляется параллельно идущий парамезонефральный проток.

Половые различия в строении индифферентной гонады регистрируются на 6-7-й нед эмбриогенеза человека, причем мужская гонада развивается раньше женской. Среди факторов дифференцировки мужских гонад большую роль играет Y-хромосома, на коротком плече которой локализуется ген половой детерминации (ГПД) и ряд других генов-участников детерминации пола. Экспрессия последних влияет на развитие из клеток целомического происхождения поддерживающих эпителиоцитов (сустентоцитов, клеток Сертоли). Клетки Сертоли, в свою очередь, оказывают влияние на дифференцировку интерстициальных эндокриноцитов (клеток Лейдига). Эти клетки обнаруживаются между половыми тяжами. Эмбриональные источники развития клеток точно не выявлены. К вероятным источникам относят клетки мезонефроса или клетки нейрального происхождения.

Начало выработки клетками Лейдига гормона тестостерона вызывает преобразование мезонефральных протоков в систему мужских половых протоков (выносящие канальцы яичка, проток придатка, семявыносящий проток, семенные пузырьки, семяизвергающий проток). В свою очередь, выработка клетками Сертоли гормона регрессии парамезонефрального протока вызывает апоптоз клеток парамезонефрального протока. На 3-м мес внутриутробного развития в срезах яичек отчетливо видны извитые тяжи, в составе которых гоноциты дифференцируются в сперматогонии.

Яичко выполняет две функции - генеративную (образование мужских половых клеток - сперматогенез) и эндокринную (синтез мужских половых гормонов). Оно покрыто толстой соединительнотканной капсулой (белочная оболочка), содержащей гладкие мышечные клетки (рис. 254) и отдающей перегородки (септы) яичка, которые разделяют орган на 150-250 конических долек яичка, сходящихся верхушками в средостении яичка. Каждая долька содержит 1-4 извитых семенных канальца, в которых осуществляется сперматогенез (см. рис. 254 и 255). Пространство между канальцами заполнено рыхлой волокнистой (интерстициальной соединительной) тканью, содержащей сосуды, нервы и интерстициальные эндокриноциты (клетки Лейдига), вырабатывающие мужские половые гормоны (см. рис. 254 и 255).

Снаружи большая часть семенника покрыта серозной оболочкой - брюшиной, под которой располагается плотная соединительнотканная оболочка, получившая название белочной (tunica albuginea) (рис. 20.3). На задней поверхности яичка белочная оболочка утолщается, формируя средостение (mediastinum testis), от которого в глубь железы отходят соединительнотканные перегородки (septula testis), разделяющие железу на дольки (около 250 долек), в каждой из которых находится 1-4 извитых семенных канальца (tubuli seminiferi convoluti). Каждый семенной каналец имеет диаметр от 150 до 250 мкм и длину от 30 до 70 см. Приближаясь к средостению, канальцы (300-450 в каждом семеннике) сливаются и становятся прямыми, а в толще средостения соединяются с канальцами сети семенника. Из сети выходит 10-12 выносящих канальцев (ductuli efferens), впадающих в проток придатка (ductus epididymis). В дольках яичка между петлями извитых семенных канальцев находится интерстициальная (соединительная) ткань с гемо- и лимфатическими сосудами. В составе этой ткани, кроме фибробластов, обнаруживаются макрофаги, тучные клетки, а около кровеносных капилляров (преимущественно фенестрированного типа) группами располагаются гормонсинтезирующие клетки Лейдига (интерстициальные эндокриноциты).

Внутреннюю выстилку канальца образует эпителиосперматогенный слой, расположенный на базальной мембране. Собственная оболочка (tunica propria) канальца представлена базальным слоем (stratum basale), миоидным слоем (stratum myoideum) и волокнистым слоем (stratum fibrosum). Кнаружи от базальной мембраны эпителия находится сеть коллагеновых волокон базального слоя. Миоидный слой образован миоидными клетками, содержащими актиновые филаменты. Миоидные клетки обеспечивают ритмические сокращения стенки канальцев. Наружный волокнистый слой состоит из двух частей.

Непосредственно к миоидному слою примыкает неклеточный слой, образованный базальной мембраной миоидных клеток и коллагеновыми волокнами. За ними расположен слой, состоящий из фибробластоподобных клеток, прилежащий к базальной мембране эндотелиоцитов гемокапилляра.

Избирательность поступления веществ из крови в эпителиосперматогенный слой и различия в химическом составе плазмы крови и жидкости из семенных канальцев позволили сформулировать представление о гематотестикулярном барьере. Гематотестикулярным барьером называется совокупность структур, располагающихся между просветами капилляров и семенных канальцев (рис. 20.4).

Эпителиосперматогенный слой (epithelium spermatogenicum) формируется двумя клеточными дифферонами: сперматогенными клетками (cellulae spermatogenicae), которые находятся на различных стадиях дифференцировки (стволовые клетки, сперматогонии, сперматоциты, сперматиды и сперматозоиды) и поддерживающими эпителиоцитами (клетками Сертоли), или сустентоцитами (epitheliocytus sustentans). Гистологические элементы двух клеточных дифферонов находятся в тесной морфофункциональной связи.

Поддерживающие эпителиоциты лежат на базальной мембране, имеют пирамидальную форму и достигают своей вершиной просвета извитого семенного канальца. Ядра клеток имеют неправильную форму с инвагинациями, ядрышко (ядрышко и две группы околоядрышкового хроматина). В цитоплазме особенно хорошо развита агранулярная эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи. Присутствуют также микротрубочки, микрофиламенты, лизосомы и особые кристаллоидные включения. Обнаруживаются включения липидов, углеводов, липофусцина. На боковых поверхностях сустентоциты образуют бухтообразные углубления, в которых располагаются дифференцирующиеся сперматогонии, сперматоциты и сперматиды. Между соседними поддерживающими клетками формируются зоны плотных контактов, которые подразделяют весь слой на два отдела - наружный базальный и внутренний адлюминальный. В базальном отделе расположены сперматогонии, имеющие максимальный доступ к питательным веществам, поступающим из кровеносных капилляров. В адлюминальном отделе находятся сперматоциты на стадии мейоза, а также сперматиды и сперматозоиды, которые не имеют доступа к тканевой жидкости и получают питательные вещества непосредственно от поддерживающих эпителиоцитов.

Клетки Сертоли создают микросреду, необходимую для дифференцирующихся половых клеток, изолируют формирующиеся половые клетки от токсических веществ и различных антигенов, препятствуют развитию иммунных реакций. Кроме того, они способны к фагоцитозу дегенерирующих половых клеток и последующему лизису с помощью своего лизосомального аппарата. Клетки синтезируют андрогенсвязывающий белок (АСБ), который транспортирует мужской половой гормон к сперматидам. Секреция АСБ усиливается под влиянием ФСГ. Поддерживающие эпителиоциты имеют поверхностные рецепторы ФСГ, а также рецепторы тестостерона и его метаболитов.

Различают два вида клеток Сертоли - светлые клетки, продуцирующие ингибин, тормозящий секрецию ФСГ аденогипофизом, и темные клетки, продуцирующие факторы, стимулирующие деление половых клеток.

Извитые семенные канальцы имеют сложно организованную стенку, состоящую из сперматогенных клеток, лежащих в несколько слоев на толстой базальной мембране и связанных с сустентоцитами (поддерживающими эпителиоцитами), - см. рис. 255 и 256. В совокупности сперматогенные клетки и сустентоциты образуют так называемый сперматогенный эпителий, который правильнее называть эпителиосперматогенным слоем, поскольку эпителиальную природу имеют только сустентоциты. Снаружи к базальной мембране прилежат уплощенные сократимые миоидные (перитубулярные) клетки (миофибробласты), сокращения которых способствуют медленному перемещению образующихся спермиев из извитых канальцев в сеть яичка.

Сперматогенез включает 4 фазы: 1) размножения, 2) роста, 3) созревания, 4) формирования.

Фаза размножения характеризуется делением сперматогоний - мелких диплоидных клеток, располагающихся на базальной мембране, которые далее дифференцируются в первичные сперматоциты (см. рис. 255 и 256).

Фаза роста: первичные сперматоциты, изначально сходные со сперматогониями, значительно увеличиваются в объеме и смещаются в направлении просвета канальца. Почти сразу же они вступают в длительную профазу I деления мейоза, во время которой происходит обмен частей хромосом, обеспечивающий генетическое разнообразие гамет.

Фаза созревания включает два последовательных деления мейоза. В результате I деления образуются вторичные сперматоциты - меньших размеров, чем первичные, которые располагаются ближе к просвету канальца и содержат диплоидный набор ДНК. II деление проходит без редупликации хромосом практически сразу же за I делением и приводит к образованию сперматид - мелких клеток с гаплоидным набором ДНК.

Фаза формирования (спермиогенеза) заключается в постепенном преобразовании сперматид в зрелые половые клетки - спермии (сперматозоиды) (см. рис. 23 и 257). При этом происходит ряд изменений в ядре и цитоплазме клетки. Они включают: (1) уменьшение ядра с резкой конденсацией хроматина; (2) образование акросомы - плоского мембранного мешочка, содержащего литические ферменты, необходимые для оплодотворения; (3) формирование жгутика дистальной центриолью; (4) образование особых элементов цитоскелета: 9 продольно лежащих исчерченных колонн вокруг центриолей (в шейке), которые дистально связаны с 9 наружными плотными волокнами, расположенными по периферии пар микротрубочек аксонемы (промежуточная часть). В главной части хвоста формируется волокнистое влагалище, образованное продольными столбами, соединенными ребрами. (5) приобретение митохондриями спиралевидной формы и их сосредоточение вокруг плотных волокон в промежуточной части в виде митохондриальной спирали (влагалища); (6) удаление избыточной цитоплазмы, в виде остаточных телец, которые выделяются в просвет канальца. Волнообразное течение сперматогенеза вдоль семенного канальца (у человека - по части его окружности) проявляется в преобладании отдельных фаз и формировании характерных ассоциаций клеток в различных участках канальца.

Сустентоциты (поддерживающие клетки, клетки Сертоли) входят в состав семенных канальцев и взаимодействуют со сперматогенными клетками, находящихся в их глубоких цитоплазматических карманах. Они являются опорными элементами, обеспечивают питание развивающихся половых клеток, защищают их от вредных воздействий, перемещают их к просвету канальца, фагоцитируют погибшие и аномальные половые клетки, а также остаточные тельца, секретируют канальцевую жидкость и широкий спектр веществ, регулирующих сперматогенез. Их деятельность регулируется фолликулостимулирующим гормоном (ФСГ) гипофиза.

Сустентоциты имеют неправильную форму, основанием лежат на базальной мембране, а апикальным концом обращены в просвет канальца (см. рис. 256). Ядро - большое, с глубокими инвагинациями, мелкодисперсным хроматином и крупным ядрышком, цитоплазма - светлая, содержит хорошо развитые органеллы. Латеральные отростки сустентоцитов, связанные плотными соединениями, разделяют семенной каналец на два отдела (компартмента): базальный и адлюминальный, являясь главным компонентом гемато-тестикулярного барьера. Базальный отдел содержит сперматогонии и часть сперматоцитов (не прошедших обмен частями хромосом) - клетки, генетически полностью идентичные остальным клеткам организма. В адлюминальном отделе находятся остальные половые клетки, которые вследствие мейоза приобрели генетические отличия от других клеток организма.

Гемато-тестикулярный барьер изолирует развивающиеся сперматогенные клетки адлюминального отдела извитого семенного канальца от иммунной системы, обладает избирательной проницаемостью для многих веществ и обеспечивает возможность создания различного микроокружения для разных клеток. В его состав входят (от сосуда к канальцу): (1) эндотелий капилляра интерстиция, (2) базальная мембрана эндотелия, (3) интерстициальная соединительная ткань, (4) слой миоидных клеток, (5) базальная мембрана канальца и (6) плотные соединения между отростками сустентоцитов

Интерстициальные эндокриноциты (клетки Лейдига) синтезируют тестостерон (основной андроген у человека). Они имеют округлую, полигональную или веретеновидную форму, лежат поодиночке или в виде скоплений вблизи капилляров между семенными канальцами (см. рис. 254-256). Ядро - светлое, с 1-2 крупными ядрышками. Цитоплазма ацидофильная, содержит особые белковые включения - кристаллоиды (Рейнке). В ней обнаруживаются многочисленные митохондрии с тубулярными кристами, сильно развитая агранулярная эндоплазматическая сеть, липидные капли. Деятельность этих клеток регулируется лютеинизирующим гормоном (ЛГ) гипофиза.

В рыхлой соединительной ткани между петлями извитых канальцев располагаются интерстициальные эндокриноциты (гландулоциты, клетки Лейдига), скапливающиеся здесь вокруг кровеносных капилляров (рис. 20.7). Эти клетки сравнительно крупные, округлой или многоугольной формы, с ацидофильной цитоплазмой, вакуолизированной по периферии, содержащей гликопротеидные включения, а также глыбки гликогена и белковые кристаллоиды в виде палочек или лент. С возрастом в цитоплазме клеток Лейдига начинает откладываться пигмент. Хорошо развитая гладкая эндоплазматическая сеть, многочисленные митохондрии с трубчатыми кристами указывают на способность клеток Лейдига к выработке стероидных веществ, в данном случае - мужского полового гормона