2.2. Контроль секреции гормонов половых желез и сперматогенеза

Мужские половые железы (яички) – место образования и секреции тестостерона и место образования сперматогенеза, который осуществляется в извитых канальцах, выстланных клетками Сертоли, первичными половыми клетками – сперматогониями.

Внутриутробно в клетках Сертоли происходит синтез АМГ, в допубертатном возрасте образуется ингибин – гормон, подавляющий секрецию ФСГ и тормозящий сперматогенез. Начиная с пубертатного возраста в клетках Сертоли синтезируется активин, стимулирующий сперматогенез и секрецию ФСГ. Кроме того, эти клетки поддерживают гематотестикулярный барьер, фагоцитируют поврежденные герминативные клетки, продуцируют белки, которые попадают в просвет канальца и кровь, секретируют эстрогены, обеспечивают реализацию многих гормональных воздействий на яички (Йен С. С. К., Джаффе Р. Б., 1998). Основной гормон семенников – тестостерон – синтезируется клетками Лейдига из холестерина под влиянием ряда ферментов. Секреция Т и промежуточных метаболитов в кровь происходит постоянно со скоростью, зависящей от скорости биосинтеза гормонов. Поскольку секреция гонадотропинов носит импульсный характер с наибольшим пиком секреции в утренние часы, то и секреция Т также имеет циркадный ритм с повышением секреции в 6 – 8 ч и понижением в вечерние часы (20 – 22 ч), хотя амплитуда колебаний составляет всего 10 – 25 %. Биологическое значение существования циркадного ритма секреции Т в настоящее время окончательно не установлено.

Основными эстрогенами крови мужчин являются эстрон и эстрадиол. После орхидэктомии уровень обоих стероидов снижается, что позволяет считать яички источником эстрогенов.

Причиной выяснения источника основного пула эстрогенов крови стало наблюдение развития гинекомастии у мужчин с гипогонадизмом, которых лечили большими дозами Т. Было показано, что введенный внутривенно Т превращается в эстрадиол, который и поступает в кровь (Siiteri P. K., MacDonald P. C., 1973). Известно, что многие неэндокринные ткани располагают цитохромной Р-450-зависимой ароматазой, необходимой для превращения андрогенов в эстрогены. Окончательно установлено, что основная часть эстрадиола и эстрона крови здорового мужчины и подростка образуется соответственно из тестостерона и андростендиона крови. Количественные аспекты экстрагландулярной продукции эстрогенов из андрогенов представлены на рис. 2.10.

Рис. 2.9. Схема стероидогенеза в семенниках и клетках-мишенях андрогенов Рис. 2.10. Анализ продукции андрогенов и эстрогенов у здорового мужчины или подростка

СПМ – скорость продукции, определяемая по специфической активности мочевых метаболитов. Верхние прямоугольники отражают скорость продукции андростендиона и тестостерона. Стрелки дают количественное представление (%) о превращении каждого стероида в соответствующий продукт. Нижние черные прямоугольники отражают скорость эстрона (60 мкг/сут) и эстрадиола (40 мкг/сут). Количество каждого эстрогена (%), происходящего из андростендиона и тестостерона, указано рядом со стрелками. У здорового мужчины и подростка почти весь эстрон и эстрfдиол образуются из андростендиона и тестостерона.

Значительные трудности возникают при попытке выяснить источник эстрогенов плазмы при наличии симптомов заболевания (например, гинекомастии), свидетельствующих о доминировании эстрогенов.

Благодаря связыванию со стероидсвязывающим глобулином (ССГ) в семенниках создается более высокая концентрация тестостерона, чем в периферической крови, где около 97 – 98 % андрогенов также связаны с ССГ, вследствие чего они становятся биологически неактивными. В крови ДГТ также связывается главным образом с глобулином. Биологически активным является свободный (не связанный с ССГ) тестостерон, способный проникать в интерстициальную и внутриклеточную среду. Только в таком виде он способен связываться рецепторами тканей-мишеней и оказывать биологическое действие. ССГ обладает бoльшим сродством к тестостерону, чем к эстрогенам.

В препубертатном периоде концентрация глобулина, связывающая половые гормоны, одинакова у мальчиков и у девочек. В период полового созревания у лиц мужского пола его уровень значительно снижен. В крови женщин концентрация этого глобулина в два раза выше, чем в крови мужчин. Известно, что концентрация Т в крови мужчин в 20 раз выше по сравнению с его уровнем у женщин.

Однако уровень свободного Т у мужчин выше в 40 раз.

ССГ образуется в печени и имеет молекулярную массу около 100 КД. При циррозе печени, гипертиреозе, гиперэстрогенемии и гипогонадизме у мужчин уровень глобулина, связывающего половые гормоны, в сыворотке крови повышен. Андрогены, глюкокортикоиды, состояния, связанные с потерей белка, гипотиреоз и ожирение понижают концентрацию ССГ в плазме. Если концентрация ССГ снижается, отношение свободного Т к свободному Е₂ увеличивается, хотя при этом имеет место абсолютное повышение концентрации обоих гормонов. Если концентрация ССГ увеличивается, отношение свободного Т к свободному Е₂ уменьшается. Таким образом, результатом увеличения содержания ССГ является усиление эффектов эстрогенов. С возрастом происходит повышение секреции ССГ, что может приводить, с одной стороны, к усилению эффекта эстрогенов (в клинической картине проявляется гинекомастией и перераспределением жировой ткани по женскому типу), а с другой стороны, к поддержанию уровня общего Т в пределах нормальных показателей при снижении свободного Т. Следовательно, для оценки содержания свободного Т необходимо определение ССГ. Факторы, влияющие на содержание ССГ, представлены в табл. 2.3.

Альбумин связывает андрогены слабее, чем эстрогены. У здорового человека в свободном состоянии находится примерно 2 % Т. Связь Т с альбумином достаточно слабая, благодаря чему Т может высвобождаться, поэтому биологически активными считают свободныйТиТ,связанный с альбумином.

Таблица 2.3

Факторы, влияющие на концентрацию в плазме крови ССГ (по: Маршалл В. Дж., 2000)

Продолжительность циркуляции половых гормонов в крови невелика и носит двухфазный характер. Период полувыведения на первом этапе составляет 5 – 20 мин, а затем замедляется до 2,5 – 3 ч. Значительное снижение концентрации половых гормонов в крови происходит за счет поглощения тканями, где происходит их интенсивный метаболизм.

Метаболическим превращениям подвергается как свободный, так и связанный с альбумином (но не с ССГ) тестостерон. Разрушение тестостерона под влиянием 17â-дегидрогеназы происходит в основном в печени, где его метаболиты связываются с глюкуроновой и серной кислотами и экскретируются с мочой в виде 17-кетостероидов (17-КС), которые представлены андростероном, этиохоланолоном, дегидроандростероном и эпиандростероном.

Уровень этих 17-КС в моче не позволяет судить о продукции тестостерона, поскольку аналогичным метаболическим превращениям подвергаются и слабые андрогены надпочечников. Следовательно, определение 17-КС нельзя использовать для оценки содержания тестостерона. Другим экскретируемым метаболитом тестостерона является его глюкуронид, уровень которого в моче здорового человека хорошо коррелирует с продукцией тестостерона. Метаболизм тестостерона во многом зависит от функции печени, поскольку основные метаболические превращения происходят в гепатоцитах. При нарушении функции печени андрогенные препараты (производные тестостерона) не подвергаются полному превращению в неактивные соединения, а преобразуются в эстрогены. Поскольку эндогенный тестостерон также подвергается превращению в эстрогены в любых состояниях, сопровождающихся функциональной печеночной недостаточностью, возможно появления гинекомастии.

В клетках большинства андрогенчувствительных тканей тестостерон может превращаться в более или менее активные метаболиты, и тем самым локально создается необходимая концентрация гормона с особыми свойствами. Так, под влиянием фермента 5α-редуктазы в семенниках, половых органах и коже тестостерон превращается в 2 – 3 раза более активный метаболит 5α-ДГТ; в семенниках, жировой ткани и печени при участии фермента ароматазы из тестостерона образуется Е₂, а под влиянием 5β-редуктазы образуются 5β-дигидротестостерон и этиохоланолон, не обладающие андрогенным эффектом, но стимулирующие эритропоэз.

Таким образом, можно выделить три основных пути метаболизма Т в организме.

1. Усиление биологической активности – превращение тестостерона в более активный метаболит 5α-ДГТ под действием 5α-редуктазы (в органах репродуктивной системы – предстательная железа, придаток яичка, семенные пузырьки, кожа).

2. Изменение биологической активности – превращение тестостерона под действием ароматазы в эстрадиол (молочная железа, головной мозг, мышечная ткань, жировая ткань).

3. Ослабление биологической активности – превращение тестостерона под действием 5β-редуктазы в 5β-ДГТ и этиохоланолон, а также образование неактивных сульфатов и глюкуронидов в печени. Тестостерон, как основной мужской половой гормон, играет жизненно важную роль в поддержании многих функций мужского организма, поскольку оказывает биологическое действие практически на все органы и ткани. В табл. 2.4 представлены основные эффекты тестостерона, его основного метаболита и эстрадиола. Необходимо отметить, что физиологические эффекты тестостерона – это результат сочетанного действия самого тестостерона и его андрогенных и эстрогенных метаболитов. Таким образом, тестостерон оказывает как прямое действие на органы-мишени, так и опосредованное – через активные метаболиты, которыми являются ДГТ и эстрогены.

Таблица 2.4

Основные эффекты тестостерона, эстрадиола и ДГТ в организме мужчины и подростка

Физиологическая роль тестостерона во внутриутробном периоде заключается в регуляции развития половых протоков и индукции дифференцировки первичных половых клеток в сперматогонии. Кроме того, тестостерон необходим для половой дифференцировки мозга. В постнатальном периоде тестостерон стимулирует развитие вторичных половых признаков, сперматогенез, рост мышечной и костной ткани, функцию сальных и потовых желез, перераспределение жировой клетчатки, во многом определяет половое поведение. ДГТ стимулирует внутриутробный рост и дифференцировку семенников, наружных половых органов, а в пубертатном возрасте – рост семенников, наружных и внутренних половых органов, развитие и сохранение вторичных и третичных половых признаков, сперматогенез.

Физиологическая роль Е₂ заключается в подавлении секреции гонадотропин-релизинг гормона (ГнРГ) в гипоталамусе (отрицательная обратная связь); в семенниках Е₂ принимает участие в регуляции сперматогенеза.

Регуляция эндокринной функции яичек осуществляется гипоталамо-гипофизарной системой (рис. 2.11).

ГнРГ синтезируется и секретируется в нейронах аркуатных ядер гипоталамуса. Эти нейроны формируются за пределами гипоталамуса в области назальной пластинки вместе с обонятельными нейронами и в процессе эмбриогенеза мигрируют сначала в передние отделы мозга, где формируются обонятельные луковицы, а затем достигают места их окончательной локализации – аркуатных ядер. Нейроны секретируют ГнРГ под стимулирующим влиянием дофамина; серотонин, выделяемый эпифизом, тормозит продукцию ГнРГ.

У мужчин функционирует постоянный тонический центр секреции ГнРГ, у женщин – циклический. Многочисленные биологически активные вещества ЦНС (нейропептиды, опиаты, моноамины, половые гормоны) могут менять амплитуду импульсов, но не их частоту.

ГнРГ стимулирует продукцию гонадотропных гормонов гипофиза – ЛГ и ФСГ. ЛГ, ФСГ, а также ТТГ и плацентарный хорионический гонадотропин человека (ХГЧ) являются гликопротеидами, состоящими из общих для всех α-субъединиц и специфичеких â-субъединиц. Кроме того, ХГЧ и ЛГ имеют высокогомологичные â-субъединицы, что позволяет использовать для лечения больных более дешевые препараты ХГЧ. В первом триместре беременности секреция Т и АМГ осуществляется автономно, со второго триместра – под влиянием ХГЧ плаценты. В 13 недель начинается синтез ЛГ и ФСГ гипофизом и созревание нейросекреторных ГнРГ-секретирующих нейронов, а к третьему триместру беременности биосинтез и секрецию половых гормонов контролируют и плацентарный ХГЧ, и гонадотропные гормоны гипофиза. При этом концентрация Т в крови плода к 20-й неделе внутриутробного развития сопоставима с его уровнем у взрослых мужчин и постепенно уменьшается к концу беременности.

Рис. 2.11. Регуляция эндокринной функции семенников (по: Шабалов Н. П., 2003)

ЛГ и ФСГ являются стимуляторами эндокринной и сперматогенной функций яичка. ЛГ регулирует продукцию и секрецию Т в клетках Лейдига, а ФСГ индуцирует процессы сперматогенеза. В связи с тем, что у мужчин рецепторы ЛГ находятся на клетках Лейдига, его иногда называют гормоном, стимулирующим интерстициальные клетки. ЛГ стимулирует синтез и секрецию половых стероидов клетками Лейдига, а также дифференцировку и созревание этих клеток. ФСГ способствует созреванию сперматогенного эпителия и, по всей вероятности, усиливает реактивность клеток Лейдига по отношению к ЛГ, индуцируя появление ЛГ-рецепторов на клеточных мембранах. ЛГ и ФСГ, взаимодействуя со специфическими рецепторами на мембранах клеток Лейдига и Сертоли, активируют аденилатциклазу, что ведет к повышению содержания в них цАМФ, который активирует фосфорилирование различных клеточных белков. Интенсивность образования гонадотропинов в гипофизе зависит от функционального состояния гонад (от уровня секреции андрогенов и ингибина), поскольку в регуляции тестикулярных функций важнейшее значение имеют обратные связи, замыкающиеся на различных уровнях. Так, наблюдается четкая обратная связь уровней ЛГ и Т: Т ингибирует секрецию ЛГ. По-видимому, эта обратная связь опосредуется лишь свободным Т, а не связанным с ССГ. Существует предположение, что в механизме ингибирующего влияния Т на ЛГ участвует не сам Т, а другие стероиды, в которые он трансформируется. В этом процессе может принимать участие и внутриклеточное превращение Т в ДГТ либо в Е₂. Известно, что экзогенный Е₂ подавляет секрецию ЛГ в гораздо меньших дозах, нежели Т или ДГТ. Ингибирующее влияние эстрогенов на секрецию ЛГ играет важную роль в снижении секреции Т при ожирении, когда за счет повышения активности ароматазы в жировой ткани возрастает содержание эстрогенов. Однако, поскольку экзогенный ДГТ также обладает ингибирующим действием и при этом сам не подвергается ароматизации, ароматизация, очевидно, не является необходимым процессом для проявления ингибирующего эффекта андрогенов на секрецию ЛГ. Более того, сам характер изменения импульсной секреции ЛГ под действием Е₂, с одной стороны,иТиДГТ – сдругой, различен, что может указывать на разницу в механизме действия этих стероидов (Дедов И. И., Калинченко С. Ю., 2006).

Большие дозы Т способны ингибировать и ФСГ, хотя физиологические концентрации Т и ДГТ таким эффектом не обладают. Эстрогены подавляют секрецию ФСГ даже более интенсивно, чем секрецию ЛГ.

Обратная связь между тестикулами и центрами регуляции их функций замыкается и на уровне гипоталамуса, в клетках которого найдены рецепторы Т, ДГТ и Е₂, а также имеются ферменты превращения Т в ДГТ (5α-редуктаза) и Е₂ (ароматаза).

Дополнительное значение в регуляции андрогенеза в мужском организме имеет пролактин (ПРЛ). Исследования последних лет показали, что ПРЛ является гормоном широкого спектра действия, в том числе и регулятором половой функции у мужчин. ПРЛ потенцирует действие ЛГ и ФСГ, направленное на восстановление и поддержание сперматогенеза, увеличивает массу яичек и семенных канальцев, усиливает обменные процессы в яичке. Совместное назначение ЛГ и ПРЛ значительно больше повышает содержание Т в плазме крови, чем при назначении только ЛГ. ПРЛ подавляет образование ДГТ в предстательной железе за счет торможения активности 5α-редуктазы. Изменяя, таким образом, обмен андрогенов, ПРЛ стимулирует секрецию предстательной железы, по сравнению с ее ростом. У мужчин отчетливо прослеживается зависимость между содержанием ПРЛ в эякуляте и числом подвижных сперматозоидов. В зависимости от степени снижения концентрации ПРЛ отмечаются низкая подвижность сперматозоидов, олиго– и азооспермия. Высокие концентрации ПРЛ также замедляют спермато– и стероидогенез. Кроме того, ПРЛ стимулирует стероидогенез в надпочечниках и чувствительность андрогензависимых тканей к тестостерону. Однако повышенный уровень ПРЛ оказывает отрицательное влияние на секреторную функцию клеток Лейдига. Отмечено тормозящее действие гиперпролактинемии и на секрецию гонадотропинов.

Процесс сперматогенеза у человека и животных прекращается после выключения гипофиза. В таких случаях сперматогенез блокируется уже на этапе сперматоцитов 1-го порядка еще до редукционного деления. Ученые считают, что ФСГ стимулирует рост семенных канальцев и функцию сустентоцитов, а также инициирует митотическую фазу сперматогенеза (от сперматогоний до сперматоцитов). Под влиянием ЛГ функционируют гландулоциты, вырабатывая Т, который обеспечивает заключительную фазу сперматогенеза (спермиогенез) – превращение сперматоцитов в сперматиды и созревание их в сперматозоиды.

Хотя гипоталамо-гипофизарная регуляция половой функции осуществляется по классической схеме, основанной на принципах прямой и обратной связи, она имеет уникальную особенность – волнообразный характер активности. Первый пик повышенной активности относится к эмбриональному периоду, и у плодов мужского пола повышенный уровень андрогенов и АМГ обеспечивает нормальную дифференцировку семенников, внутренних и наружных половых органов.

В течение первой недели жизни из организма новорожденного интенсивно выводятся гормоны плацентарного происхождения (прогестерон, эстрогены, плацентарный лактоген, ХГЧ, ПРЛ), в результате чего уровни гонадотропных гормоновиТвкрови снижаются, а затем начинают повышаться. С 12-го дня и примерно до 6-месячного возраста наблюдают 2-й период повышенной активности гипоталамо-гипофизарно-гонадной системы. У мальчиков уровни ЛГ и ФСГ повышаются постепенно, достигая максимальных значений к 3-месячному возрасту, и постепенно снижаются к 6 месяцам. Уровень Т в крови в этот период достигает нижней границы нормы для взрослых мужчин. Именно в этом возрасте в результате высокой чувствительности клеток Лейдига к экзогенному ХГЧ наиболее эффективно консервативное лечение крипторхизма.

Период постнатальной активации гипоталамо-гипофизарной системы сменяется длительным периодом торможения. Со второго полугодия жизни снижается активность центров гипоталамуса, контролирующих секрецию гонадотропинов, в результате снижаются уровни ЛГ, ФСГиТвкрови. Период физиологического покоя, или ювенильной паузы, продолжается до конца препубертатного периода (примерно до 9 – 10 лет).

Период полового созревания начинается с постепенного снижения сдерживающего влияния ЦНС и чувствительности гипоталамо-гипофизарного комплекса к отрицательному влиянию половых стероидов, что сопровождается увеличением секреции ЛГ и ФСГ, формированием связанной со сном импульсной секреции ЛГ и повышением продукции андрогенов семенниками. Одновременно увеличивается секреция андрогенов корой надпочечников.

В пубертатном периоде под влиянием андрогенов происходит рост внутренних и наружных половых органов и придаточных желез, формируются вторичные и третичные половые признаки, повышается продукция СТГ, ускоряется линейный рост и развитие мышц, изменяется распределение жировой ткани. Кроме того, начинают созревать зародышевые клетки и формируются зрелые сперматозоиды.