L’APPAREIL GENITAL
MASCULIN
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Chez les embryons de sexe génétique masculin (46 XY) la gonade indifférenciée commence à se transformer en testicule dès la 7ème semaine de la vie intra-utérine avec l'apparition des cordons testiculaires comprenant deux types cellulaires : des petites cellules mésenchymateuses, futures cellules de Sertoli, et des grosses cellules arrondies d'origine entoblastique, les gonocytes primordiaux ; parallèlement, dans le mésenchyme situé entre les cordons testiculaires, des cellules glandulaires, les cellules de Leydig, se différencient et sécrétent de la testostérone (sous l'action de la LH et de l'hCG); cette sécrétion très abondante entre la 14ème et la 18ème semaine du développement permet la différenciation du tractus génital masculin, des glandes annexes et des organes génitaux externes* (pénis et scrotum); dans les tubes séminifères pleins (sans lumière centrale) les gonocytes primordiaux se divisent par mitoses en spermatogonies; ces mitoses cessent à la naissance. A la période pubertaire (12 à 16 ans), sous l'action de sécrétions hormonales intenses, les tubes séminifères se développent activement avec la reprise des mitoses, la différenciation des cellules de la lignée germinale (spermatogenèse) et des cellules de Sertoli; dans le tissu interstitiel, les cellules de Leydig sécrètent activement de la testostérone indispensable à la croissance et au bon fonctionnement de l'appareil génital (glandes et tractus) et de l'apparition des caractères sexuels secondaires.
* l'échographie du 4ème mois de la grossesse peut révèler à la mère le sexe de son enfant.
La spermatogenèse (schéma n°4) est l'ensemble des phénomènes qui, des spermatogonies, cellules souches diploïdes (2n chromosomes), aboutissent aux spermatozoïdes, gamètes masculins haploïdes (n chromosomes); elle débute à la puberté, atteint son maximum vers 20-30 ans, ralentit progressivement vers la quarantaine mais peut se poursuivre jusqu'à un âge avancé. Des marquages cellulaires à la thymidine tritiée ont montré que la spermatogenèse est un processus lent et continu demandant 70 jours environ chez l'homme; elle se déroule par poussées ou vagues successives* le long du tube séminifère, ce qui explique l'aspect variable des tubes observés en coupe transversale, chaque région du tube représentant une phase différente de la spermatogenèse.
* on distingue six stades numérotés de I à VI dans l'espèce humaine.
Dans les tubes séminifères adultes, les différentes couches de cellules germinales représentent les phases de la spermatogenèse qui s'effectue de façon centripète, depuis la spermatogonie située contre la membrane basale jusqu'au spermatozoïde libéré dans la lumière :
. les spermatogonies se multiplient par mitoses somatiques normales; la spermatogonie à chromatine sombre Ad (dark) se divise en deux cellules filles : une cellule Ad qui assure le renouvellement des cellules souches et une cellule Ap à chromatine pâle; la cellule Ap est la cellule initiale de la spermatogenèse : elle se divise en 2 spermatogonies B à chromatine en gros gains irréguliers et au nucléole bien visible.
. les spermatocytes I résultent de la division somatique des spermatogonies B; ils augmentent de volume puis ils sont le siège de la première division de la méiose (méiose I), appelée classiquement méiose réductionnelle * (n chromosomes); cette phase est caractérisée par une réplication de l'ADN et un brassage génétique (phénomènes de crossing over) pendant la prophase , la répartition aléatoire des chromosomes maternels et paternels de part et d'autre de la plaque équatoriale lors de la métaphase et la séparation des chromosomes sexuels => un spermatocyte II est pourvu d'un chromosome X, l'autre d'un chromosome Y; cette phase est très longue et dure 23 jours.
* il y a bien 23 chromosomes mais ils sont scindés en 46 chromatides : il persiste donc 46 molécules d'ADN
. les spermatocytes II ont une durée de vie très brève, de 24 heures environ; ils sont rarement visibles sur les coupes histologiques car ils se divisent rapidement en spermatides*; c'est la deuxième division de la méiose appelée classiquement méiose équationnelle; en fait, il n'y a pas de réplication de l'ADN lors de la prophase et les chromatides se séparent à l'anaphase, puis se différencient en "nouveaux chromosomes"; les spermatides ont donc n chromosomes et n molécules d'ADN : c'est donc l'ensemble des deux divisions de la méiose qui réalise la réduction chromatique.
. les spermatides amorcent alors leur différenciation en spermatozoïdes : c'est la spermiogenèse, d'une durée de 23 jours environ; identifiables au microscope optique, les différentes étapes de la spermiogenèse ont pu être connues grâce à la microscopie électronique.
* classiquement, une spermatogonie Ap donne naissance à deux spermatogonies B, quatre spermatocytes I, huit spermatocytes II, seize spermatides donc seize spermatozoïdes; en réalité, l'observation de biopsies testiculaires montre que 25% des cellules dégénèrent entre le spermatocyte I et la spermatide.
La spermiogenèse - schéma n°5
- étape I : la spermatide a un appareil de Golgi très actif qui élabore des vacuoles confluant pour former la vésicule acrosomiale; la vésicule acrosomiale contient des lysosomes riches en enzymes; elle est juxtanucléaire, dans une zone qui sera le pôle céphalique du spermatozoïde; le cytoplasme contient par ailleurs des mitochondries courtes, du réticulum endoplasmique, des ribosomes et deux centrioles
- étape II : la vésicule acrosomiale augmente de volume et s'étale au pôle céphalique du noyau pour former le capuchon acrosomial; les centrioles se sont déplacés au futur pôle caudal : le centriole proximal est inactif alors que le centriole distal donne naissance à un ensemble de microtubules à l'origine de l'axonème du flagelle; le cytoplasme glisse le long du flagelle
- étape III : la spermatide s'allonge; le capuchon acrosomial entoure les 2/3 du noyau qui devient conique et contient une chromatine densifiée; le cytoplasme se raréfie au pôle céphalique et les organites cytoplasmiques gagnent le pôle opposé; le flagelle continue sa croissance, accompagné d'un manchon cytoplasmique
- étape IV : la forme du spermatozoïde se précise : on distingue la tête et le flagelle; les mitochondries s'allongent et s'organisent en spirale ou manchon mitochondrial qui entoure l'axonème de la première partie du flagelle; le cytoplasme en excès forme la gouttelette cytoplasmique qui va se détacher du flagelle et donner le corps résiduel.
Divers facteurs nuisent au bon déroulement de la spermatogenèse :
- des facteurs vasculaires : une ischémie d'une heure (manque d'oxygène apporté par le sang artériel) détruit la lignée germinale, par exemple lors d'une torsion du cordon spermatique
- la température : la température intrascrotale est de l'ordre de 34°, la cryptorchidie, rétention des testicules dans la cavité abdominale, peut entrainer une stérilité temporaire voire définitive
- les radiations ionisantes (rayons y, rayons x etc..)
- les antimitotiques utilisés comme facteurs anticancéreux ou immunodépresseurs
- certaines infections : l'orchite (infection testiculaire) ourlienne causée par le paramyxovirus, responsable des oreillons, est parfois cause de stérilité particulièrement lorsqu'elle est contractée à la puberté.
. Fonctions des cellules de Sertoli
Les cellules de Sertoli sont indispensables à la spermatogenèse : elles assurent le support, la protection et la nutrition des cellules germinales; la différence de composition entre le liquide contenu dans la lumière du tube séminifère d'une part, et le sang et la lymphe d'autre part, montre l'existence d'une barrière hémato-testiculaire représentée par divers éléments : la paroi des capillaires sanguins et lymphatiques, la membrane propre du tube séminifère, les jonctions serrées (tight junctions) existant dans le compartiment basal des cellules de Sertoli; les jonctions serrées empêchent toute diffusion dans les espaces intercellulaires et les substances provenant des espaces interstitiels passent obligatoirement par le cytoplasme sertolien qui joue le rôle d'un véritable filtre sélectif (barrière contre les agressions immunologiques). Les cellules de Sertoli sécrètent le liquide séminal primitif permettant l' "excrétion" des spermatozoïdes immobiles* dans le rete testis; les contractions des fibromyoblastes participent à cette expulsion.Elles synthétisent de nombreuses protéines dont les principales sont l'inhibine et l'ABP ou Androgen Binding Protein assurant le transport de la testostérone vers les cellules germinales et la lumière du tube séminifère.Elles transforment une partie de la testostérone en dihydrotestostérone et /ou l'aromatisent en oestradiol. Elles assurent les apports nutritionnels et énergétiques (glucose) nécessaires aux cellules germinales et sécrètent des facteurs de croissance contrôlant la spermatogenèse. Elles phagocytent (lysosomes) les corps résiduels de la spermiogenèse et les cellules germinales dégénérées.
* le flagelle des spermatozoïdes deviendra fonctionnel seulement au niveau de l'épididyme.
Les espaces entre les tubes séminifères, formés de tissu conjonctif lâche vascularisé et innervé, contiennent des cellules polyédriques de 10 à 15 microns de diamètre, isolées ou en petits îlots contre les capillaires; en microscopie optique, ces cellules, appelées cellules de Leydig, sont polygonales avec un noyau arrondi et un cytoplasme dense ou spongiocytaire selon leur activité fonctionnelle; la microscopie électronique montre qu'elles possèdent les caractéristiques ultrastructurales des cellules sécrétant des stéroïdes : REL abondant, mitochondries à crêtes tubulaires, nombreux liposomes. Les cellules de Leydig sont des cellules glandulaires endocrines : elles sécrètent des androgènes essentiellement sous forme de testostérone (T) et de dihydrostérone (DHT); l'ensemble des cellules de Leydig constitue la glande interstitielle du testicule.
4) Contrôle neuro-endocrinien de la fonction testiculaire - schéma n°6
Le "chef d'orchestre" de la fonction testiculaire est le gonostat hypothalamo-hypophysaire* : c'est gràce à la production pulsatile de GnRH (Gonadotropin Releasing Hormone) par des neurones de l'hypothalamus, production très augmentée à la période pubertaire, que s'installe la fonction testiculaire. La GnRH provoque la sécrétion hypophysaire, elle même pulsatile, de deux hormones, la FSH et la LH.
* Le système nerveux central extra-hypothalamique envoie des signaux nerveux à l'hypothalamus; les informations agissant sur les neurones du SNC extra-hypothalamique proviennent des organes des sens mais aussi d'autres facteurs, hormonaux, psychologiques, stress, etc...
Schématiquement, la FSH permet le développement des cellules de Sertoli et la spermatogenèse donc la fonction exocrine du testicule (excrétion des spermatozoïdes) alors que la LH assure la multiplication des cellules de Leydig et la sécrétion de testostérone, fonction endocrine du testicule.
La stéroïdogenèse est commandée par la LH qui se fixe sur des récepteurs membranaires des cellules de Leydig; les cellules de Leydig sécrètent alors des androgènes, essentiellement de la testostérone (T); la testostérone pénètre dans le cytoplasme sertolien où elle se lie à l'ABP pour conditionner le développement de l'épithélium séminal et le bon fonctionnement des voies génitales (par le liquide séminal); la testostérone libre passe dans le sang et exerce deux actions : une action positive sur le tractus génital et les glandes annexes et une rétro-action négative sur la sécrétion de LH, soit indirectement sur les neurones hypothalamiques, soit directement sur les cellules gonadotropes hypophysaires.
La FSH se fixe sur des récepteurs membranaires des cellules de Sertoli et joue un triple rôle : elle active la spermatogenèse par l'intermédiaire du cytoplasme sertolien; elle stimule la formation d'ABP et provoque la sécrétion d'inhibine ( I ), hormone exerçant un rétrocontrôle négatif sur la sécrétion de FSH, soit sur les neurones hypothalamiques en diminuant la sécrétion de la GnRH*, soit directement sur les cellules gonadotropes hypophysaires.
* on décrit l'existence d'hormones hypothalamiques inhibitrices ou Inhibiting Hormones IH s'opposant aux Releasing Hormones RH.
Il existe aussi des sécrétions autocrines - la sécrétion de la testostérone exerce une rétro-inhibition sur l'activité des enzymes de la stéroïdogenèse à l'intérieur de la cellule de Leydig - et des sécrétions paracrines entre la cellule de Sertoli et la cellule de Leydig : la testostérone peut être aromatisée en oestradiol dans la cellule de Sertoli, l'oestradiol inhibera par voie paracrine la sécrétion de testostérone dans la cellule de Leydig (et par voie endocrine la sécrétion de FSH).
Comme tous les organes, les testicules, voies génitales et glandes annexes sont sous double contrôle, hormonal (neuro-endocrinien) et nerveux (système nerveux sympathique).
L'inflammation du testicule ou orchite peut être virale, bactérienne ou liée à un traumatisme. Les tumeurs du testicule sont de deux types : les tumeurs les plus fréquentes sont les séminomes provenant de la prolifération des spermatogonies avec un pic de fréquence entre 30 et 45 ans; des séminomes d'origine spermatocytaire peuvent s'observer à un âge plus avancé; les séminomes sont habituellement des tumeurs bénignes; au contraire, les tératomes, ayant pour origine le développement anarchique de cellules embryonnaires* restées présentes dans le testicule, ont le plus souvent une évolution maligne.
* les cellules embryonnaires sont issues des trois feuillets (ectoblaste, mésoblaste et entoblaste); elles peuvent rester indifférenciées ou se différencier en cellules épithéliales, conjonctives (ex. cartilage) etc...Contrairement au testicule, les tératomes de l'ovaire sont généralement bénins.
De rares tumeurs, en majorité bénignes, sont dues à la prolifération des cellules de Sertoli ou des cellules de Leydig; elles provoquent des sécrétions hormonales inadaptées et doivent donc être traitées.
