LICEO SCIENTIFICO STATALE“LEONARDO da VINCI” di FIRENZE

CORSO SPERIMENTALE FDOCENTE Prof. Enrico Campolmi

APPARATO RIPRODUTTORE

La riproduzione asessuata e la riproduzione sessuata

La riproduzione asessuata avviene senza intervento di cellule specializzate (gameti) e la prole generata è identica al genitore

Vi sono diversi tipi di riproduzione asessuata, come ad esempio la gemmazione e la frammentazione

gemmazione

frammentazione

Essa consente agli animali che conducono vita fissa o isolata di moltiplicarsi senza trovare partner, generando una grande quantità di nuovi individui, con risparmio di tempo ed energia.

La riproduzione sessuata avviene invece tramite la fecondazione, ovvero la fusione di cellule aploidi (i gameti), che genera una nuova cellula diploide detta zigote

Grazie alla meiosi ed alla fecondazione casuale la riproduzione sessuata aumenta enormemente la variabilità genetica, consentendo una maggiore adattabilità ai cambiamenti ambientali

Alcuni invertebrati possono riprodursi sia in modo asessuato, che sessuato, traendo vantaggio da entrambe le modalità

Gli ermafroditi hanno infine sia caratteri maschili,

che femminili

La riproduzione umana

22.2 Anatomia del sistema riproduttore femminile

In entrambi i sessi sono presenti:

• un paio di gonadi (ovaie o testicoli) per la produzione dei gameti;

ORGANI SESSUALI ACCESSORI

• un sistema di dotti che ospitano e trasportano i gameti;

• strutture che favoriscono l’accoppiamento.

OvidottoOvaie

Follicoli

Corpo luteoParete uterina Utero

Endometrio (rivestimentointerno dell’utero) Cervice (collo dell’utero))

Vagina

Figura 22.2A

La superficie delle ovaie presenta numerosi rigonfiamenti, i follicoli, ognuno costituito da una singola cellula uovo in fase di sviluppo, circondata da uno o più strati di cellule che la nutrono e la proteggono. I follicoli secernono estrogeni.

Oocita

Ovaia

LM 2

00

Figure 22.2B

Grazie alle ciglia che rivestono la sua superficie interna, l’ovidotto, chiamato anche tuba di Falloppio, convoglia l’oocita verso l’utero dove l’embrione si impianta e si sviluppa.

• L’apertura dell’utero è delimitata dalla cervice (o collo dell’utero) che si protende nella vagina.

• La vagina è un canale muscolare dalle pareti sottili ma robuste, attraverso il quale il neonato viene espulso al momento della nascita.

• La vagina ha anche la funzione di accogliere il pene e gli spermatozoi durante l’accoppiamento.

Ovidotto

Ovaia

Utero

Vescica (sistema escretore)

Osso pubico

Uretra (Sistema escretore)

Clitoride

Piccole labbra

Grandi labbraApertura della vagina

Ano (sistema digerente)

Vagina

Cervice

Retto (sistema digestivo)

Figura 22.2C

Il sistema riproduttore femminile comprende altre strutture: le piccole labbra, le grandi labbra, il clitoride.

22.3 Anatomia del sistema riproduttore maschile

Le gonadi maschili, i testicoli, producono sia gli spermatozoi si gli ormoni maschili chiamati nel loro complesso androgeni.

Retto (sistema digerente)

Vescicola seminale

Vaso deferenteDotto eiaculatore

Prostata

Ghiandola bulbouretaleVaso deferente

Epididimo Testicolo

Scroto

Vescica (sistema escretore)

Osso pubicoTessuto erettile del pene

Uretra (sistema escretore)

Glande

Prepuzio

Pene

Figura 22.3A

Vescica (sistema escretore)

Prostata

Ghiandola bulbouretrale

Tessuto erettile del pene

Vaso deferente

Epididimo

Testicolo

Vescicola seminale (dietro alla vescica)

Uretra

Scroto

Glande

Figura 22.3B

Tre tipi di ghiandole (le vescicole seminali, la prostata e le ghiandole bulbouretrali) producono un fluido acquoso che nutre e protegge gli spermatozoi.

Figura 22.3C

L’insieme degli spermatozoi e delle secrezioni ghiandolari forma un liquido chiamato sperma emesso dal pene durante l’eiaculazione.

Contrazione dello sfintere alla base della vescica

Vescica

Regione dell’uretra che aumenta di volume e si riempie di spermaContrazione del

vaso deferente

Contrazioni della prostata

Contrazioni della vescicola seminale

Contrazioni dello sfintere alla base dell’uretra

Contrazioni dell’epididimo

Primo stadio

Lo sfintere alla base della vescica rimane contratto

Contrazioni dei muscoli che circondano la base del pene

Lo sfintere alla base dell’uretra si rilassa

Contrazioni dell’uretra

Secondo stadioLo sperma viene espulso

22.4 La formazione degli spermatozoi e delle cellule uovo avviene tramite meiosi

• Nella specie umana la spermatogenesi, ossia la formazione degli spermatozoi, richiede circa 65-75 giorni.

• La formazione degli spermatozoi ha inizio da cellule diploidi che si trovano vicino alla parete esterna dei tubuli seminiferi.

Cellula diploide Nell’embrione2n

Differenziamento e inizio della meiosi I

Oocita primario

(in profase della meiosi I; in stato quiescente)

2n Presente alla nascita

Completamento della meiosi I e inizio della meiosi II

Oocita secondario(in metafase

della meiosi II)n n

Meiosi II (attivata dallo spermatozoo)

Cellula uovo(aploide) n n Secondo corpuscolo polare

Primo corpuscolo polare

Figura 22.4B

L’oogenesi è l’insieme dei processi che portano alla formazione di una cellula uovo. Dopo la pubertà, ogni mese un oocita primario prosegue le divisioni meiotiche e forma un oocita secondario, liberato dall’ovaia

durante l’ovulazione.

Corpo luteo

Copro luteo in fase degenerativa

Inizio: Oocita primario

(all’interno del follicolo)

Follicoli in crescita

Follicolo maturo

Ovaia

Follicolo scoppiatoOvulazione

Oocita secondario

Figura 22.4C

Lo sviluppo di un follicolo ovarico comprende molti processi differenti.

Gli ormoni sincronizzano il ciclo ovarico con una serie di eventi che avvengono a livello dell’utero e che costituiscono il ciclo mestruale.

Gli ormoni regolano i cambiamenti che hanno luogo nelle ovaie e nel’utero

Il ciclo ovarico è l’insieme degli eventi che avvengono ogni 28 giorni circa nelle ovaie delle donne.

Per convenzione, il giorno in cui compare la mestruazione è considerato il primo giorno del ciclo

La mestruazione, cioè la perdita di sangue dall’utero, normalmente dura dai tre a cinque giorni

Tabella 25.5

Gli ormoni che controllano ciclo ovarico e ciclo mestruale:

Durante la mestruazione l’endometrio si sfalda e viene espulso

Dopo la mestruazione l’endometrio si rigenera e continua ad ispessirsi, raggiungendo il massimo spessore circa tra il 20° ed il 25° giorno del ciclo

A

B

Controllo ipotalamico

Ipotalamo Ormone di rilascio

Adenoipofisi

Inibito dalla combinazione di estrogeni e progesterone; stimolato da alti livelli ematici di estrogeni

FSH LH

Ormoni ipofisari nel sangue

LH

FSH

FSH LH

Il picco di LH induce l’ovulazione e la formazione del corpo luteo

Ciclo ovarico

Follicolo in crescita

Fase pre-ovulatoria

Follicolo maturo

OvulazioneCorpo luteo

Fase post-ovulatoria

Degenerazione del corpo luteo

Estrogeni Progesterone ed estrogeni

Ormoni ovarici nel sangue

Estrogeni

Progesterone

Estrogeni Progesterone ed estrogeni

C

D

E Ciclo mestruale

Endometrio

0 5 10 14 15 20 25 28Giorni

Mestruazione

1

2

3

1) Circa ogni 28 giorni l’ormone ipotalamico di rilascio stimola la produzione di FSH e di LH da parte del lobo anteriore dell’ipofisi

2) L’ormone FSH stimola la crescita del follicolo, determinando l’inizio del ciclo ovarico

3) Via via che matura il follicolo secerne quantità crescenti di estrogeni

Ciclo ovarico e ciclo mestruale

A

B

Controllo ipotalamico

Ipotalamo Ormone di rilascio

Adenoipofisi

Inibito dalla combinazione di estrogeni e progesterone; stimolato da alti livelli emetici di estrogeni

FSH LH

Ormoni ipofisari nel sangue

LH

FSH

FSH LH

Il picco di LH induce l’ovulazione e la formazione del corpo luteo

Ciclo ovarico

Follicolo in crescita

Fase pre-ovulatoria

Follicolo maturo

OvulazioneCorpo luteo

Fase post-ovulatoria

Degenerazione del corpo luteo

Estrogeni Progesterone ed estrogeni

Ormoni ovarici nel sangue

Estrogeni

Progesterone

Estrogeni Progesterone ed estrogeni

C

D

E Ciclo mestruale

Endometrio

0 5 10 14 15 20 25 28Giorni

Mestruazione

1

4

6

2

5

3

4) Poco prima l’ovulazione gli alti livelli di estrogeni esercitano un feed back positivo sull’ipotalamo, che induce l’ipofisi a produrre grandi quantità di FSH e LH

5) Il picco di LH induce ovulazione e formazione del corpo luteo

6) Il corpo luteo secerne estrogeni e progesterone, i cui alti livelli esercitano feed back negativo su ipotalamo ed ipofisi, provocando un calo di FSH e LH. Si evita così che maturi un nuovo follicolo

A

B

Controllo ipotalamico

Ipotalamo Ormone di rilascio

Adenoipofisi

Inibito dalla combinazione di estrogeni e progesterone; stimolato da alti livelli emetici di estrogeni

FSH LH

Ormoni ipofisari nel sangue

LH

FSH

FSH LH

Il picco di LH induce l’ovulazione e la formazione del corpo luteo

Ciclo ovarico

Follicolo in crescita

Fase pre-ovulatoria

Follicolo maturo

OvulazioneCorpo luteo

Fase post-ovulatoria

Degenerazione del corpo luteo

Estrogeni Progesterone ed estrogeni

Ormoni ovarici nel sangue

Estrogeni

Progesterone

Estrogeni Progesterone ed estrogeni

C

D

E Ciclo mestruale

Endometrio

0 5 10 14 15 20 25 28Giorni

Mestruazione

1

4

6

2

5

3

78

7) I livelli crescenti di estrogeni e progesterone fanno ispessire e mantengono l’endometrio

8) Se non vi è stata fecondazione, il corpo luteo degenera, facendo calare i livelli di estrogeni e progesterone

Il crollo di progesterone ed estrogeni fa sfaldare l’endometrio e da via libera all’ipotalamo per riprendere la produzione di FSH e LH, avviando un nuovo ciclo

In caso di fecondazione la placenta dell’embrione produce un ormone, la gonadotropina corionica, che stimola il corpo luteo a continuare a produrre estrogeni e progesterone.

Più avanti nella gravidanza sarà la placenta stessa a produrre direttamente estrogeni e progesterone, che consentono il mantenimento dell'endometrio, bloccano così le mestruazioni, ed impediscono la maturazione di altri ovuli.

Molti test di gravidanza sono basati proprio sulla rilevazione di questo ormone nel sangue materno.

Lo sviluppo embrionale

Lo sviluppo embrionale inizia con la fecondazione (unione di spermatozoo e oocita), che origina una cellula diploide detta zigote. Inizia la

segmentazione

Fecondazione

Ovidotto

Oocita secondario

Ovulazione

Ovaia

Blastocisti (impiantata)

Endometrio

Utero

Dopo l’ovulazione l’oocita va nell’ovidotto, ove, non possedendo movimenti propri, viene spinto in avanti dai movimenti peristaltici delle pareti muscolari e dal battito ritmico dell’ epitelio ciliato.

Il cammino nell’ovidotto, dura circa tre giorni e per lo stesso periodo l’oocita non fecondato resta vitale; la sua capacità di essere fecondato dura però solo un giorno e mezzo.

La fecondazione avviene nell'ovidotto.

Nel periodo dell'ovulazione la vagina aumenta la produzione di muco, per favorire il cammino degli spermatozoi su per l’utero, fino all'ovidotto.

Gli spermatozoi possono vivere circa 48 ore nell'apparato riproduttore femminile.

Sebbene uno solo fecondi l'ovulo, molti altri debbono raggiungere l'oocita perché si abbia la fecondazione

Nella eiaculazione si liberano circa 300-400 milioni di spermatozoi di cui molte centinaia di migliaia viaggiano verso l'ovidotto, muovendosi col battito della coda.

Figura 22.9A

Si pensa che gli spermatozoi aggiuntivi stimolino dei cambiamenti nel gamete femminile che favoriscono la fecondazione.

Al momento della fecondazione la membrana dello spermatozoo si fonde con la membrana dell’oocita secondario, stimolandone la seconda divisione meiotica

Membrana plasmatica Segmento intermedio

TestaCollo

Mitocondrio (a forma di spirale)

Nucleo AcrosomaCoda

un corpuscolo polare ed una cellula uovo, i due nuclei si fondono, originando lo zigote

Quando questa si è completata, producendo

Subito dopo la fecondazione inizia la segmentazione, rapida successione di divisioni cellulari che trasforma lo zigote in una massa sferica di cellule, cioè di un embrione pluricellulare.

La gastrulazione, seconda fase dello sviluppo, aumenta il numero delle cellule embrionali e le organizza in tre strati distinti

Al termine della segmentazione, l’embrione risulta formato da uno o più strati di cellule al cui interno si trova un’ampia cavità: questa sferula cava prende il nome di blastula o blastocisti

Zigote 2 cellule

4 cellule

8 cellule

Molte cellule (sfera piena)

Blastula(sfera cava)

Blastocele

I tre strati che si formano con la gastrulazione sono i tessuti (o foglietti) embrionali: ectoderma, endoderma e mesoderma

Polo animale Blastocele

Polo vegetativo Blastula

1

Gastrulazione

2

3

Residuo del blastocele

Ectoderma

Mesoderma

Endoderma

Gastrula

4

La blastula

La formazione del blastoporo

La migrazione delle cellule origina i foglietti embrionali

La gastrulazione giunge al termine

1

2

3

4

Lo sviluppo umano

La gravidanza (o gestazione) consiste nello sviluppo di un nuovo individuo nell’utero materno

La gravidanza inizia nell’ovidotto con la fecondazione, ove si avvia anche la segmentazione

Inizia la segmentazione

Fecondazione

Ovidotto

Oocita secondario

Ovulazione

Ovaia

Blastocisti (impiantata)

Endometrio

Utero

L‘embrione, divenuto nel frattempo blastocisti, prosegue il cammino verso l'utero, ove alla fine si anniderà nell'endometrio all’interno dell'endometrio

Il trofoblasto secerne enzimi che permettono l’impianto della blastocisti nell’endometrio.

Endometrio Futuro embrione

Futuro sacco vitellino

Vaso sanguigno (materno)

Cellule del trofoblasto in divisione

Trofoblasto

Cavità uterina7 giorni dal concepimento

Endometrio

Massa cellulare interna

Cavità

Trofoblasto

La blastocisti possiede con uno strato esterno di cellule chiamato trofoblasto.

Cavità amniotica Amnios

Cellule del mesoderma

Corion

Sacco vitellino

Corion

Amnios

Allantoide

Sacco vitellino

Villi coriali

Embrione:

Ectoderma

Mesoderma

Endoderma

Figure 27.16D, E

Si sviluppano quattro strutture con funzioni di supporto, definite membrane extraembrionali, alle quali è attaccato l’embrione: l’amnios, il sacco vitellino, il corion e l’allantoide.

9 giorni dal concepimento 16 giorni dal concepimento

Il ruolo delle membrane

Circa un mese dopo il concepimento le membrane extraembrionali sono completamente formate.

Vasi sanguigni materni

Allantoide

Sacco vitellino

Placenta

Cavità amniotica

Amnios

Embrione

Corion

Villi coriali

Figura 22.16F31 giorni dal concepimento

• L’embrione si trova nella cavità amniotica, piena di liquido, circondato dall’amnios.

• Il corion, insieme a una porzione del mesoderma, costituisce il componente embrionale della placenta.

• L’allantoide forma parte del cordone ombelicale.

Il ruolo della placenta

• I villi coriali sono attraversati da vasi sanguigni embrionali che si sono formati dal mesoderma.

• L’ossigeno e le sostanze nutritive passano dal circolo materno ai vasi sanguigni fetali che attraversano i villi.

Nella specie umana, per ragioni di praticità, la gravidanza viene suddivisa in tre trimestri.

Durante il primo trimestre avvengono i cambiamenti più radicali, con la formazione di tutti gli organi

Un embrione umano di circa nove settimane prende il nome di feto.

Il terzo trimestre (il periodo che va dalla ventiquattresima settimana fino alla nascita) è contraddistinto da una rapida crescita.

Figura 22.17E

I principali mutamenti che avvengono durante il secondo trimestre consistono in un aumento delle dimensioni e in un perfezionamento generale dei tratti umani.

Estrogeni Ossitocina

Dalle ovaie

Dal feto e dall’ipofisi

Stimolano i recettori uterini per l’ossitocina

Stimola le contrazioni dell’utero

Stimola la placenta a produrre

Prostaglandine

Fanno aumentare le contrazioni uterine

Fe

ed

ba

ck p

osi

tivo

Gli estrogeni rendono l’utero più sensibile all’ ossitocina, che (insieme alle prostaglandine) provoca le contrazioni.

La nascita del bambino avviene in seguito a una serie di contrazioni forti e ritmiche dell’utero, che costituisce il travaglio.

Il travaglio è indotto da alcuni ormoni.

PlacentaCordone OmbelicaleUteroCervice

Utero

Placenta

Cordone ombelicale

Fase di dilatazione della cervice1

Fase di espulsione del bambino (parto)2

Fase del secondamento: fuoriesce la placenta3

Il travaglio avviene in tre stadi: dilatazione, stadio espulsivo, secondamento.

Principali malattie a trasmissione sessuale

Alcune (come l’AIDS e l’herpes genitale) non sono curabili; altre possono essere curate, specie se diagnosticate precocemente

COLLEGAMENTI

La contraccezione è la prevenzione di una gravidanza non desiderata.

Tabella 22.8

Alcuni dispositivi anticoncezionali:

Cerotto

Diaframma

Spermicida

Profilattico

PillolaFigura 22.8

COLLEGAMENTI

Le tecniche di procreazione assistita possono risolvere un certo numero di problemi che causano la sterilità, aumentando la possibilità di procreare.

Figura 22.19A, B

Figura 22.17C