Espermatogênese

Figura 81-1. A, Sistema reprodutor masculino. B, Estrutura interna do testículo e relação entre o testículo e o epidídimo. (A, Modificada de Bloom V, Fawcett DW: Textbook of Histology, 10th ed. Philadelphia: WB Saunders, 1975. B, Modificada de Guyton AC: Anatomy and Physiology. Philadelphia: Saunders College Publishing, 1985.)

 

 

ESPERMATOGÊNESE

 

Durante a formação do embrião, as células germinativas primordiais

migram para os testículos e tornam-se células germinativas imaturas, chamadas espermatogônias, que se situam em duas ou três camadas das

superfícies internas dos túbulos seminíferos (na Figura 81-2A, é mostrado

um corte transversal dos túbulos). Na puberdade, as espermatogônias

passam por divisões mitóticas, proliferando e se diferenciando

continuamente através de estágios definidos de desenvolvimento para

formar o esperma, como mostrado na Figura 81-2B.

Figura 81-2. A, Secção transversal de um túbulo seminífero. B, Estágios de desenvolvimento dos espermatozoides das espermatogônias.

 

ESTÁGIOS DA ESPERMATOGÊNESE

A espermatogênese ocorre nos túbulos seminíferos, durante a vida sexual

ativa, como resultado da estimulação pelos hormônios gonadotrópicos da

glândula hipófise anterior, começando, aproximadamente, aos 13 anos de

idade e continuando pela maior parte do restante da vida, mas reduzindo-se,

acentuadamente, na velhice.

No primeiro estágio da espermatogênese, as espermatogônias migram

entre as células de Sertoli em direção ao lúmen central dos túbulos

seminíferos. As células de Sertoli são grandes, com envoltório

citoplasmático exuberante que envolve a espermatogônia em

desenvolvimento, durante todo o trajeto até o lúmen central do túbulo.

 

Meiose. A espermatogônia que cruza a barreira até a camada das células

de Sertoli é, progressivamente, modificada e alargada, para formar os

grandes espermatócitos primários (Figura 81-3). Cada um deles, por sua

vez, passa por divisão meiótica para formar dois espermatócitos

secundários. Poucos dias depois, estes também se dividem, formando

espermátides, que são, finalmente, modificadas, transformando-se em

espermatozoides (esperma).

Durante as transformações do estágio de espermatócitos para o de

espermátides, os 46 cromossomos (23 pares de cromossomos) do

espermatócito se dividem, e então 23 cromossomos vão para uma

espermátide e os outros 23 para a outra espermátide. Os genes

cromossômicos também se dividem, e, assim, somente metade das

características genéticas do possível feto é fornecida pelo pai, enquanto a

outra metade provém do oócito fornecido pela mãe.

Todo o período de espermatogênese, da espermatogônia ao

espermatozoide, dura, aproximadamente, 74 dias.

Figura 81-3. Divisões celulares durante a espermatogênese. Ao longo do desenvolvimento embrionário, as células germinativas primordiais migram para o testículo, onde elas se tornam espermatogônias. Na puberdade (geralmente entre 12 e 14 anos), as espermatogônias proliferam rapidamente por divisões mitóticas. Algumas iniciam a meiose para se tornarem espermatócitos primários e continuam por meio da divisão meiótica I, tornando-se espermatócitos secundários. Após o término da divisão meiótica II, os espermatócitos secundários produzem as espermátides, que se diferenciam formando os espermatozoides.

 

Cromossomos Sexuais. Em cada espermatogônia, um dos 23 pares de

cromossomos carrega a informação genética que determina o sexo do

possível concepto. Esse par é composto por um cromossomo X, chamado

cromossomo feminino, e um cromossomo Y, o cromossomo masculino.

Durante a divisão meiótica, o cromossomo Y masculino vai para uma

espermá tide, que então se torna esperma masculino, e o cromossomo X

feminino vai para a outra espermátide, que passa a ser esperma feminino. O

sexo do concepto eventual é determinado pelo tipo de esperma, entre os

dois descritos, que fertiliza o ovo. Isso será discutido adiante, no Capítulo

83.

 

Formação do Esperma. Quando as espermátides são inicialmente

formadas, elas ainda apresentam as características usuais de células

epitelioides, mas começam a se diferenciar com grande rapidez e alongam-

se, formando os espermatozoides. Como mostrado na Figura 81-4, cada

espermatozoide é composto por uma cabeça e uma cauda. Na cabeça,

encontra-se o núcleo condensado da célula, com apenas a membrana

plasmática e camada citoplasmática delgada, envolvendo sua superfície. Na

parte externa dos dois terços anteriores da cabeça, está o capuz espesso,

chamado acrossomo formado principalmente pelo aparelho de Golgi. O

acrossomo contém várias enzimas semelhantes às encontradas nos

lisossomos de célula típica, incluindo a hialuronidase (que pode digerir

filamentos de proteoglicanos dos tecidos) e potentes enzimas proteolíticas

(que podem digerir proteínas). Essas enzimas têm papel importante,

possibilitando que o esperma entre no óvulo e o fertilize.

A cauda do esperma, chamada flagelo, tem três componentes principais:

(1) o esqueleto central, constituído por 11 microtúbulos, chamados

coletivamente axonema — cuja estrutura é semelhante à dos cílios encontrados na superfície de outros tipos de células, como descrito no

Capítulo 2; (2) a membrana celular fina que recobre o axonema; e (3) o

conjunto de mitocôndrias que envolve o axonema na porção proximal da

cauda (chamada corpo da cauda).

O movimento de vaivém da cauda (movimento flagelar) permite a

mobilidade do esperma. Esse movimento é consequência do deslocamento

rítmico longitudinal entre os túbulos anterior e posterior que compõem o

axonema. A energia para esse processo é fornecida como adenosina

trifosfato, sintetizado pelas mitocôndrias no corpo da cauda.

O esperma normal se move em um meio líquido com velocidade de 1 a 4

mm/min. Isso faz com que ele se mova, através do trato genital feminino,

em busca do óvulo.

Figura 81-4. Estrutura do espermatozoide humano.

 

Fatores Hormonais que Estimulam a Espermatogênese

O papel dos hormônios na reprodução será discutido a seguir, mas, neste

ponto, mostraremos que muitos hormônios têm funções essenciais na

espermatogênese. Algumas são descritas a seguir:

1. A testosterona, secretada pelas células de Leydig, localizadas no

interstício do testículo (Figura 81-2), é essencial para o crescimento e a

divisão das células germinativas testiculares, que se constituem no

primeiro estágio da formação do esperma.

2. O hormônio luteinizante, secretado pela hipófise anterior, estimula as

células de Leydig a secretar testosterona.

3. O hormônio folículo-estimulante, também secretado pela hipófise

anterior, estimula as células de Sertoli; sem essa estimulação, a

conversão das espermátides em espermatozoides (o processo de

espermiogênese) não ocorre.

4. Os estrogênios, formados a partir da testosterona pelas células de

Sertoli, quando são estimuladas pelo hormônio folículo-estimulante, são

também provavelmente essenciais para a espermiogênese.

5. O hormônio do crescimento (assim como a maioria dos outros

hormônios do organismo) é necessário para controlar as funções

metabólicas basais dos testículos. O hormônio do crescimento,

especificamente, promove a divisão precoce das espermatogônias; em

sua ausência, como no caso dos anões hipofisários, a espermatogênese é,

severamente, deficiente ou ausente, causando, assim, infertilidade.

 

Maturação do Espermatozoide no Epidídimo

O espermatozoide requer muitos dias para passar pelo túbulo do epidídimo,

com 6 metros de comprimento, após sua formação nos túbulos seminíferos.

O espermatozoide, retirado dos túbulos seminíferos e das porções iniciais

do epidídimo, não é móvel e não pode fertilizar o óvulo. Entretanto, após o

espermatozoide permanecer no epidídimo por 18 a 24 horas, ele desenvolve

a capacidade de mobilidade, embora muitas proteínas inibitórias no líquido

epididimário ainda impeçam a mobilidade final até depois da ejaculação.

 

Estocagem do Espermatozoide nos Testículos. Os dois testículos

do adulto humano formam até 120 milhões de espermatozoides por dia. A maioria dos espermatozoides é estocada no epidídimo, embora uma

pequena quantidade seja estocada no canal deferente. Eles podem

permanecer armazenados, mantendo sua fertilidade, por pelo menos um

mês. Durante esse tempo, eles são mantidos em estado inativo,

profundamente reprimidos por múltiplas substâncias inibitórias, presentes

nas secreções dos ductos. Por sua vez, com alto nível de atividade sexual e

ejaculações, a armazenagem pode durar menos de alguns dias.

Após a ejaculação, os espermatozoides tornam-se móveis e capazes de

fertilizar o óvulo, processo chamado maturação. As células de Sertoli e o

epitélio do epidídimo secretam líquido nutriente especial, que é ejaculado

junto com o espermatozoide. Esse líquido contém hormônios (incluindo

testosterona e estrogênio), enzimas e nutrientes especiais, essenciais para a

maturação dos espermatozoides.

 

Fisiologia do Espermatozoide Maduro. Os espermatozoides normais

móveis e férteis são capazes de apresentar movimentos flagelares em meio

líquido com velocidades de 1 a 4 mm/min. A atividade do espermatozoide é

muito aumentada em meio neutro ou ligeiramente alcalino, como o

existente no sêmen ejaculado, mas é muito deprimida em meio ligeiramente

ácido. Um meio fortemente ácido pode causar a morte rápida do

espermatozoide.

A atividade do espermatozoide aumenta muito com a elevação da

temperatura, mas isso também aumenta sua atividade metabólica, fazendo

com que a sua vida se encurte consideravelmente. Embora o

espermatozoide possa viver por muitas semanas no estado reprimido nos

ductos genitais dos testículos, a expectativa de vida do espermatozoide

ejaculado, no trato genital feminino, é somente de 1 a 2 dias.

 

FUNÇÃO DAS VESÍCULAS SEMINAIS

Cada vesícula seminal é um tubo tortuoso, revestido de epitélio secretor que

secreta material mucoso contendo frutose, ácido cítrico e outras substâncias

nutritivas em abundância, bem como grande quantidade de prostaglandinas

e fibrinogê nio. Durante o processo de emissão e ejaculação, cada vesícula

seminal esvazia seu conteúdo no ducto ejaculatório, imediatamente após o

canal deferente ter despejado os espermatozoides. Isso aumenta muito o

volume de sêmen ejaculado, e a frutose e outras substâncias no líquido

seminal têm valor nutritivo considerável para os espermatozoides ejacula‐

dos, até o momento em que um espermatozoide fertilize o óvulo.

Acredita-se que as prostaglandinas auxiliem na fertilização de duas

maneiras: (1) reagindo com o muco cervical feminino, tornando-o mais

receptivo ao movimento do espermatozoide; e (2) possivelmente induzindo

contrações peristálticas reversas para trás, no útero e nas trompas de

Falópio, movendo os espermatozoides ejaculados em direção aos ovários

(poucos espermatozoides alcançam as extremidades superiores das trompas

de Falópio em 5 minutos).

 

FUNÇÃO DA PRÓSTATA

 

A próstata secreta líquido fino, leitoso, que contém cálcio, íon citrato, íon

fosfato, uma enzima de coagulação e uma pró-fibrinolisina. Durante a

emissão, a cápsula da próstata se contrai simultaneamente com as

contrações do canal deferente, de modo que o líquido fino e opaco da

próstata seja adicionado ao sêmen. Uma leve alcalinidade característica do

líquido prostático pode ser muito importante para a fertilização bem-

sucedida do óvulo, uma vez que o líquido do canal deferente é

relativamente ácido, possibilitando a presença de ácido cítrico e de produtos

finais do metabolismo do espermatozoide e, em consequência, auxiliando a

inibir a fertilidade do espermatozoide. As secreções vaginais femininas

também são ácidas (com um pH de 3,5 a 4,0). O espermatozoide não adquire a mobilidade necessária até que o pH dos líquidos que o envolvem

atinja valores de, aproximadamente, 6,0 a 6,5. Consequentemente, é

provável que o líquido prostático ligeiramente alcalino ajude a neutralizar a

acidez dos outros líquidos seminais, durante a ejaculação, e, assim, aumente

a mobilidade e fertilidade do espermatozoide.

 

SÊMEN

 

O sêmen, que é ejaculado durante o ato sexual masculino, é composto por

líquido e espermatozoides do canal deferente (cerca de 10% do total),

líquido das vesículas seminais (quase 60%), líquido da próstata

(aproximadamente 30%) e pequenas quantidades de líquido das glândulas

mucosas, em especial das glândulas bulbouretrais. Assim, a maior parte do

sêmen é composta por líquido da vesícula seminal, que é o último a ser

ejaculado e serve para arrastar os espermatozoides ao longo do ducto

ejaculatório e da uretra.

O pH médio do sêmen combinado é de, aproximadamen te, 7,5, tendo o

líquido prostático alcalino mais do que neutralizado a ligeira acidez das

outras partes do sêmen. O líquido prostático dá ao sêmen a aparência

leitosa, e os líquidos das vesículas seminais e das glândulas mucosas dão ao

sêmen a consistência de muco. Uma enzima coaguladora do líquido

prostático também faz com que o fibrinogênio do líquido da vesícula

seminal forme um coágulo fraco de fibrina, que mantém o sêmen nas

regiões profundas da vagina, onde se situa o colo uterino. O coágulo, então,

é dissolvido nos próximos 15 a 30 minutos, devido à sua ruptura pela

fibrinolisina formada da pró-fibrinolisina prostática. Nos primeiros minutos

após a ejaculação, o esperma permanece relativamente imóvel, talvez por

causa da viscosidade do coágulo. À medida que o coágulo se dissolve, o

espermatozoide, ao mesmo tempo, fica muito móvel.

Embora os espermatozoides possam viver por muitas semanas nos ductos

genitais masculinos, uma vez ejaculados no sêmen, sua expectativa máxima

de vida é de somente 24 a 48 horas, à temperatura corporal. Em

temperaturas mais baixas, entretanto, o sêmen pode ser estocado por várias

semanas, e, quando congelado em temperaturas abaixo de −100°C, os

espermatozoides têm sido preservados por anos.

 

A “Capacitação” dos Espermatozoides É Necessária

para a Fertilização do Óvulo

 

Embora os espermatozoides sejam considerados “maduros” quando deixam

o epidídimo, sua atividade é mantida sob controle por múltiplos fatores

inibitórios secretados pelo epitélio do ducto genital. Por isso, quando

lançados inicialmente no sêmen, eles são incapazes de fertilizar o óvulo. No

entanto, ao entrar em contato com os líquidos do trato genital feminino,

ocorrem múltiplas mudanças que ativam o espermatozoide para os

processos finais de fertilização. Essas alterações conjuntas são chamadas

capacitação do espermatozoide, que, normalmente, requerem de 1 a 10

horas. Acredita-se que algumas mudanças que acontecem são as seguintes:

1. Os líquidos das trompas de Falópio e do útero eliminam os vários

fatores inibitórios que suprimem a atividade dos espermatozoides nos

ductos genitais masculinos.

2. Enquanto os espermatozoides permanecem no líquido dos ductos

genitais masculinos, eles estão continuamente expostos a muitas

vesículas flutuantes dos túbulos seminíferos, que contêm grande

quantidade de colesterol. Esse colesterol é continua mente adicionado à

membrana celular que cobre o acrossomo do espermatozoide,

fortalecendo essa membrana e impedindo a liberação de suas enzimas.

Após a ejaculação, os espermatozoides depositados na vagina se movem

para cima, na cavidade uterina, afastando-se das vesículas de colesterol,

e, assim, gradualmente perdem, nas próximas horas, a maior parte do

excesso de colesterol. Por isso, a membrana da cabeça dos

espermatozoides (o acrossomo) fica muito mais fraca.

3. A membrana dos espermatozoides fica também muito mais permeável

aos íons cálcio, e, assim, o cálcio agora entra no espermatozoide em

abundância, mudando a atividade do flagelo, dando a ele um potente

movimento de chicote, ao contrário de seu movimento prévio ondulante

e fraco. Além disso, os íons cálcio causam alterações na membrana

celular que cobre a ponta do acrossomo, tornando possível a liberação

rápida e fácil das enzimas pelo acrossomo, no momento em que os

espermatozoides penetram a massa de células granulosas que envolvem

o óvulo e, mais ainda, quando ele tenta penetrar a zona pelúcida do

óvulo.

Assim, alterações múltiplas ocorrem durante o processo de capacitação.

Sem elas, o espermatozoide não pode seguir seu percurso para o interior do

óvulo, causando a fertilização.

 

Enzimas do Acrossomo, “Reação do Acrossomo” e

Penetração do Óvulo

 

Uma grande quantidade de enzimas proteolíticas e de hialuronidase estão

armazenadas no acrossomo do espermatozoide. A hialuronidase

despolimeriza os polímeros do ácido hialurônico no cimento intercelular

que mantém juntas as células granulosas ovarianas. As enzimas

proteolíticas digerem as proteínas nos elementos estruturais das células

teciduais, que ainda aderem ao óvulo.

Quando o óvulo é expelido do folículo ovariano para a trompa de Falópio,

ele ainda carrega múltiplas camadas de células granulosas. O esperma deve

dissolver essas camadas de células granulosas, antes de fertilizar o óvulo, e,

então, deve penetrar, através do revestimento espesso do óvulo, a zona pelúcida. Para essa penetração ocorrer, as enzimas estocadas no acrossomo

começam a ser liberadas. Acredita-se que a hialuronidase seja

especialmente importante para abrir caminhos entre as células granulosas,

de modo que o espermatozoide possa atingir o óvulo.

Quando o espermatozoide atinge a zona pelúcida do óvulo, a membrana

anterior do espermatozoide liga-se, especificamente, às proteínas

receptoras, na zona pelúcida. Em seguida, todo o acrossomo se dissolve

rapidamente, e todas as enzimas acrossômicas são liberadas. Em alguns

minutos, essas enzimas abrem uma via de penetração para a passagem da

cabeça do espermatozoide, através da zona pelúcida, para dentro do óvulo.

Em 30 minutos, as membranas celulares da cabeça do espermatozoide e do

oócito se fundem, formando uma só célula. Ao mesmo tempo, os materiais

genéticos do espermatozoide e do oócito se combinam para formar um

genoma celular completamente novo, contendo as mesmas quantidades de

cromossomos e genes do pai e da mãe. Esse é o processo de fertilização; o

embrião, então, começa a se desenvolver, como discutido no Capítulo 83.

 

Por Que Somente um Espermatozoide Penetra o Oócito? Com a

enorme quantidade de espermatozoides, por que somente um penetra o

oócito? A razão não é completamente entendida, mas, alguns minutos após

o espermatozoide ter penetrado a zona pelúcida do óvulo, os íons cálcio se

difundem através da membrana do oócito e provocam a liberação, por

exocitose, de vários grânulos corticais do oócito para o espaço

perivitelínico. Esses grânulos contêm substâncias que permeiam todas as

regiões da zona pelúcida e impedem a ligação de espermatozoide adicional,

fazendo com que qualquer espermatozoide que tenha começado a se ligar se

solte. Assim, quase nunca ocorre a entrada de mais de um espermatozoide

no oócito, durante a fertilização.

 

Espermatogênese Anormal e Fertilidade Masculina

O epitélio dos túbulos seminíferos pode ser destruído por várias doenças. Por

exemplo, a orquite bilateral (inflamação) dos testículos, resultante de caxumba,

causa esterilidade em alguns homens afetados. Alguns meninos também nascem

com o epitélio tubular degenerado, em consequência da constrição dos ductos

genitais ou de outras anormalidades. Finalmente, outra causa da esterilidade,

geralmente temporária, é a temperatura excessiva dos testículos.

Efeito da Temperatura na Espermatogênese. O aumento da temperatura dos

testículos pode impedir a espermatogênese, por causar degeneração da maioria

das células dos túbulos seminíferos, além das espermatogônias. Tem-se afirmado

que a razão para que os testículos estejam localizados no saco escrotal é para

manter a temperatura dessas glândulas abaixo da temperatura interna do corpo,

embora, geralmente, ela seja de apenas 2°C abaixo da temperatura interna. Nos

dias frios, os reflexos escrotais fazem com que a musculatura do saco escrotal se

contraia, puxando os testículos para perto do corpo para manter esse diferencial

de 2°C. Assim, o saco escrotal atua como mecanismo de resfriamento dos

testículos (mas um resfriamento controlado), sem o qual a espermatogênese

poderia ser deficiente durante o clima quente.

Criptorquidia. Criptorquidia significa uma falha na descida do testículo, do

abdome para o saco escrotal, à época do nascimento ou próximo ao nascimento

de um feto. Durante o desenvolvimento do feto masculino, os testículos são

derivados das pregas genitais no abdome. Entretanto, aproximadamente de 3

semanas a 1 mês antes do nascimento, os testículos normalmente descem pelos

canais inguinais para o saco escrotal. Ocasionalmente, essa descida não ocorre,

ou ocorre de modo incompleto; assim, um ou ambos os testículos permanecem no

abdome, no canal inguinal, ou em outro local ao longo do trajeto de descida.

O testículo que permanece na cavidade abdominal por toda a vida é incapaz de

formar espermatozoides. O epitélio tubular degenera, permanecendo apenas as

estruturas intersticiais dos testículos. Tem-se afirmado que mesmo poucos graus

de temperatura mais elevados no abdome do que no saco escrotal são suficientes

para causar degeneração do epitélio tubular e, consequentemente, ocasionar

esterilidade, embora esse efeito não esteja totalmente provado. No entanto, por

essa razão, podem ser realizadas em meninos com criptorquidia cirurgias para

retirar os testículos do abdome e colocá-los na bolsa escrotal, antes do início da

vida sexual adulta.

A secreção de testosterona pelos testículos fetais é o estímulo normal que faz

com que os testículos desçam para o saco escrotal. Portanto, a maioria, se não

todos, dos casos de criptorquidia é provocada por testículos anormais, incapazes

de secretar as quantidades necessárias de testosterona. Nesses casos, a cirurgia da criptorquidia, provavelmente, não terá sucesso.

Efeito da Contagem de Espermatozoides na Fertilidade. A quantidade usual

de sêmen ejaculado durante cada coito é de aproximadamente 3,5 mililitros, e em

cada mililitro de sêmen existe, em média, 120 milhões de espermatozoides, embora, mesmo nos homens “normais”, esse número possa variar de 35 a 200

milhões. Isso significa que, em média, um total de 400 milhões de

espermatozoides está geralmente presente em cada ejaculação. Quando o número de espermatozoides em cada mililitro cai abaixo de 20 milhões, é provável que o indivíduo seja infértil. Assim, embora um só espermatozoide seja suficiente

para fertilizar o óvulo por motivos desconhecidos, a ejaculação deve conter uma

quantidade enorme de espermatozoides para somente um deles fertilizar o óvulo.

Efeito da Morfologia dos Espermatozoides e da Motilidade na Fertilidade.

Às vezes, o homem tem quantidade normal de espermatozoides, mas, mesmo

assim, é infértil. Quando essa situação ocorre, algumas vezes se encontram anormalidades físicas em metade dos espermatozoides, como duas cabeças,

cabeças com formas anormais ou caudas anormais, como mostrado na Figura 81-

5. Outras vezes, os espermatozoides parecem ser estruturalmente normais, mas,

por motivos desconhecidos, eles não são móveis ou só são relativamente móveis. Sempre que a maioria dos espermatozoides é morfologicamente anormal ou não

apresenta motilidade, é provável que a pessoa seja infértil, embora o restante dos

espermatozoides pareça ser normal.