สรีรวิทยาของอัณฑะ

อัณฑะ (testicles) ของผู้ใหญ่ที่มีสุขภาพแข็งแรงจะเป็นคู่ รูปไข่ ยาว 3.6-5.5 ซม. และกว้าง 2.1-3.2 ซม. แต่ละอันมีน้ำหนักประมาณ 20 กรัม เนื่องจากตั้งอยู่ในถุงอัณฑะ ต่อมเหล่านี้จึงมีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิของช่องท้อง 2-2.5 องศาเซลเซียส ซึ่งส่งเสริมการแลกเปลี่ยนความร้อนของเลือดระหว่าง a. spermatica และระบบหลอดเลือดดำผิวเผิน การไหลออกของหลอดเลือดดำจากอัณฑะและส่วนประกอบของอัณฑะจะสร้างเป็นกลุ่มก้อน ซึ่งเลือดจะเข้าสู่หลอดเลือดดำของไตทางด้านซ้ายและหลอดเลือดดำของอวัยวะสืบพันธุ์ทางด้านขวา อัณฑะล้อมรอบด้วยแคปซูลหนาซึ่งประกอบด้วย 3 ชั้น ได้แก่ ชั้นใน (visceral, tunica vaginalis, protein coat) และชั้นใน (internal, tunica vasculosa) โปรตีนเคลือบมีโครงสร้างเป็นเส้นใย เยื่อหุ้มประกอบด้วยเส้นใยของกล้ามเนื้อเรียบ ซึ่งการหดตัวของเส้นใยจะส่งเสริมการเคลื่อนที่ของอสุจิเข้าไปในท่อนเก็บอสุจิ ใต้แคปซูลมีกลีบรูปพีระมิดประมาณ 250 กลีบแยกจากกันด้วยแผ่นกั้นเส้นใย กลีบแต่ละกลีบมีหลอดสร้างอสุจิที่ขดเป็นเกลียวหลายหลอด ยาว 30-60 ซม. หลอดเหล่านี้คิดเป็นมากกว่า 85% ของปริมาตรอัณฑะ หลอดตรงสั้นเชื่อมต่อหลอดโดยตรงกับเรเตอัณฑะ ซึ่งเป็นที่ที่อสุจิเข้าสู่ท่อของท่อนเก็บอสุจิ ท่อดังกล่าวเมื่อยืดตรงแล้วจะมีความยาว 4-5 ม. และเมื่อขดเป็นเกลียวจะกลายเป็นส่วนหัว ลำตัว และหางของท่อนเก็บอสุจิ เซลล์เซอร์โทลิและสเปิร์มมาโตไซต์ตั้งอยู่ในเยื่อบุผิวที่ล้อมรอบลูเมนของหลอด เซลล์เลย์ดิก แมคโครฟาจ หลอดเลือด และหลอดน้ำเหลืองอยู่ในเนื้อเยื่อระหว่างหลอด

เซลล์เซอร์โทลีทรงกระบอกทำหน้าที่หลายอย่าง ได้แก่ กั้น (เนื่องจากสัมผัสกันอย่างใกล้ชิด) ฟาโกไซต์ การขนส่ง (การมีส่วนร่วมในการเคลื่อนที่ของสเปิร์มมาโตไซต์ไปยังลูเมนของหลอดไต) และสุดท้ายคือต่อมไร้ท่อ (การสังเคราะห์และการหลั่งโปรตีนและอินฮิบินที่จับกับแอนโดรเจน) เซลล์ Leydig หลายเหลี่ยมมีโครงสร้างระดับจุลภาค (เอนโดพลาสมิกเรติคูลัมเรียบเด่นชัด) และเอนไซม์ที่เป็นลักษณะเฉพาะของเซลล์ที่ผลิตสเตียรอยด์

อัณฑะมีบทบาทสำคัญในสรีรวิทยาการสืบพันธุ์ของผู้ชาย ดังนั้นการได้รับฟีโนไทป์เพศชายของทารกในครรภ์จึงถูกกำหนดเป็นส่วนใหญ่โดยการผลิตสารยับยั้งมุลเลเรียนและเทสโทสเตอโรนโดยอัณฑะของตัวอ่อน ส่วนการปรากฏของลักษณะทางเพศรองในช่วงวัยแรกรุ่นและความสามารถในการสืบพันธุ์นั้นถูกกำหนดโดยกิจกรรมสเตียรอยด์และสเปิร์มของอัณฑะ

การสังเคราะห์ การหลั่ง และการเผาผลาญของแอนโดรเจน ในการผลิตฮอร์โมนเหล่านี้ อัณฑะมีบทบาทสำคัญมากกว่าคอร์เทกซ์ต่อมหมวกไต กล่าวได้ว่ามีเพียง 5% ของฮอร์โมนเพศชายเท่านั้นที่เกิดขึ้นภายนอกอัณฑะ เซลล์ Leydig สามารถสังเคราะห์ฮอร์โมนดังกล่าวได้จากอะซิเตทและคอเลสเตอรอล การสังเคราะห์คอเลสเตอรอลในอัณฑะอาจไม่ต่างจากกระบวนการที่เกิดขึ้นในคอร์เทกซ์ต่อมหมวกไต ขั้นตอนสำคัญในการสังเคราะห์ฮอร์โมนสเตียรอยด์คือการเปลี่ยนคอเลสเตอรอลให้เป็นเพร็กเนโนโลน ซึ่งเกี่ยวข้องกับการแยกโซ่ข้างเคียงในสภาวะที่มี NADH และออกซิเจนโมเลกุล การเปลี่ยนเพร็กเนโนโลนเพิ่มเติมเป็นโปรเจสเตอโรนสามารถเกิดขึ้นได้หลายวิธี ในมนุษย์ เส้นทางหลักคือเส้นทาง D5 ^ซึ่งระหว่างนั้นเพร็กเนโนโลนจะถูกแปลงเป็น 1 7a-hydroxypregnenolone จากนั้นจึงเปลี่ยนเป็น dehydroepiandrosterone (DHEA) และ T อย่างไรก็ตาม เส้นทาง D4 ^ผ่าน 17-hydroxyprogesterone และ androstenedione ก็เป็นไปได้เช่นกัน เอนไซม์สำหรับการเปลี่ยนแปลงดังกล่าว ได้แก่ 3beta-oxysteroid dehydrogenase, 17a-hydroxylase เป็นต้น ในอัณฑะ เช่นเดียวกับต่อมหมวกไต จะมีการผลิตคอนจูเกตของสเตียรอยด์ (ส่วนใหญ่เป็นซัลเฟต) เอนไซม์ที่แยกโซ่ข้างเคียงของคอเลสเตอรอลจะอยู่ในไมโตคอนเดรีย ในขณะที่เอนไซม์ที่สังเคราะห์คอเลสเตอรอลจากอะซิเตทและเทสโทสเตอโรนจากเพร็กเนโนโลนจะอยู่ในไมโครโซม การควบคุมเอนไซม์ซับสเตรตมีอยู่ในอัณฑะ ดังนั้นในมนุษย์ ไฮดรอกซิเลชันของสเตียรอยด์ในตำแหน่งที่ 20 จึงมีการทำงานค่อนข้างมาก และ 20a-oxymetabolites ของโปรเจสเตอโรนและเพร็กเนโนโลนจะยับยั้ง 17a-hydroxylation ของสารประกอบเหล่านี้ นอกจากนี้ เทสโทสเตอโรนสามารถกระตุ้นการสร้างของตัวเองได้ ซึ่งส่งผลต่อการแปลงแอนโดรสทีนไดโอน

อัณฑะของผู้ใหญ่จะผลิตฮอร์โมนเทสโทสเตอโรน 5 ถึง 12 มิลลิกรัมต่อวัน รวมทั้งฮอร์โมนแอนโดรเจนชนิดอ่อน เช่น ดีไฮโดรเอพิแอนโดรสเตอโรน แอนโดรสเตอเนไดโอน และแอนโดรสเตน-3เบตา 17เบตา-ไดออล เนื้อเยื่อของอัณฑะยังผลิตไดไฮโดรเทสโทสเตอโรนในปริมาณเล็กน้อย และมีเอนไซม์อะโรมาไทเซชันอยู่ด้วย ส่งผลให้เอสตราไดออลและเอสโตรนเข้าสู่กระแสเลือดและน้ำอสุจิในปริมาณเล็กน้อย แม้ว่าเซลล์ Leydig จะเป็นแหล่งฮอร์โมนเทสโทสเตอโรนของอัณฑะเป็นหลัก แต่เอนไซม์สเตียรอยด์เจเนซิสยังมีอยู่ในเซลล์อื่นๆ ของอัณฑะ (เยื่อบุผิวท่อ) เอนไซม์เหล่านี้อาจมีส่วนเกี่ยวข้องกับการสร้างระดับฮอร์โมนเทสโทสเตอโรนในบริเวณนั้นซึ่งจำเป็นต่อการสร้างสเปิร์มตามปกติ

อัณฑะจะหลั่งฮอร์โมนเทสโทสเตอโรนเป็นครั้งคราวแทนที่จะหลั่งอย่างต่อเนื่อง ซึ่งเป็นหนึ่งในสาเหตุที่ระดับฮอร์โมนชนิดนี้ในเลือดผันผวนอย่างมาก (3-12 ng/ml ในชายหนุ่มที่แข็งแรง) จังหวะการหลั่งฮอร์โมนเทสโทสเตอโรนในแต่ละวันทำให้ฮอร์โมนเทสโทสเตอโรนมีปริมาณสูงสุดในเลือดในช่วงเช้าตรู่ (ประมาณ 7.00 น.) และต่ำสุดในช่วงบ่าย (ประมาณ 13.00 น.) ฮอร์โมนเทสโทสเตอโรนมีอยู่ในเลือดส่วนใหญ่ในรูปของสารเชิงซ้อนกับโกลบูลินที่จับกับฮอร์โมนเพศ (SHBG) ซึ่งจับกับฮอร์โมนเทสโทสเตอโรนและ DHT ด้วยความสัมพันธ์ที่มากกว่าเอสตราไดออล ความเข้มข้นของ SHBG จะลดลงภายใต้อิทธิพลของฮอร์โมนเทสโทสเตอโรนและฮอร์โมนการเจริญเติบโต และจะเพิ่มขึ้นภายใต้อิทธิพลของเอสโตรเจนและฮอร์โมนไทรอยด์ อัลบูมินจับกับแอนโดรเจนได้น้อยกว่าเอสโตรเจน ในคนที่มีสุขภาพแข็งแรง ฮอร์โมนเทสโทสเตอโรนในซีรั่มประมาณ 2% จะอยู่ในสถานะอิสระ 60% จับกับ SHBG และ 38% จับกับอัลบูมิน ทั้งฮอร์โมนเทสโทสเตอโรนอิสระและฮอร์โมนเทสโทสเตอโรนที่จับกับอัลบูมิน (แต่ไม่ใช่ SHBG) จะต้องผ่านการเปลี่ยนแปลงของกระบวนการเผาผลาญ การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ส่วนใหญ่จำกัดอยู่ที่การลดกลุ่ม D4 ^- keto ด้วยการก่อตัวของอนุพันธ์ 3alpha-OH หรือ 3beta-OH (ในตับ) นอกจากนี้ กลุ่ม 17beta-oxy จะถูกออกซิไดซ์เป็นรูปแบบ 17beta-keto ประมาณครึ่งหนึ่งของเทสโทสเตอโรนที่ผลิตจะถูกขับออกจากร่างกายในรูปของแอนโดรสเตอโรน เอทิโอโคลาโนโลน และ (ในระดับที่น้อยกว่ามาก) เอพิแอนโดรสเตอโรน ระดับของ 17-ketosteroids เหล่านี้ทั้งหมดในปัสสาวะทำให้ไม่สามารถตัดสินการผลิต T ได้ เนื่องจากแอนโดรเจนของต่อมหมวกไตที่อ่อนแอก็ผ่านการเปลี่ยนแปลงทางเมตาบอลิซึมที่คล้ายคลึงกัน เมตาบอไลต์ที่ขับออกมาอื่นๆ ของเทสโทสเตอโรน ได้แก่ กลูคูโรไนด์ (ซึ่งระดับในปัสสาวะของคนที่มีสุขภาพแข็งแรงสัมพันธ์กับการผลิตเทสโทสเตอโรนได้ดี) เช่นเดียวกับ 5alpha- และ 5beta-androstane-Zalfa, 17beta-diols

ผลทางสรีรวิทยาของแอนโดรเจนและกลไกการออกฤทธิ์ กลไกการออกฤทธิ์ทางสรีรวิทยาของแอนโดรเจนมีคุณสมบัติที่แตกต่างจากฮอร์โมนสเตียรอยด์ชนิดอื่น ดังนั้นในอวัยวะเป้าหมายของระบบสืบพันธุ์ ไต และผิวหนัง ฮอร์โมน T จะถูกแปลงเป็น DHT ภายใต้อิทธิพลของเอนไซม์ภายในเซลล์ D4-5a ^- reductase ซึ่งในความเป็นจริงแล้วทำให้เกิดผลทางแอนโดรเจน: เพิ่มขนาดและกิจกรรมการทำงานของอวัยวะเพศเสริม การเจริญเติบโตของเส้นผมแบบผู้ชาย และการหลั่งของต่อมอะโพไครน์ที่เพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม ในกล้ามเนื้อโครงร่าง ฮอร์โมน T เองสามารถเพิ่มการสังเคราะห์โปรตีนได้โดยไม่ต้องมีการเปลี่ยนแปลงเพิ่มเติม ตัวรับของหลอดสร้างอสุจิดูเหมือนจะมีความสัมพันธ์กับฮอร์โมน T และ DHT เท่ากัน ดังนั้น บุคคลที่มีภาวะพร่องฮอร์โมน 5a-reductase จะยังคงรักษาการสร้างสเปิร์มไว้ได้ โดยการแปลงเป็นสเตียรอยด์ 5beta-androstene- หรือ 53-pregne แอนโดรเจนเช่นเดียวกับโปรเจสตินสามารถกระตุ้นการสร้างเม็ดเลือด กลไกของอิทธิพลของแอนโดรเจนต่อการเจริญเติบโตเชิงเส้นและการสร้างกระดูกของเมทาไฟซิสยังไม่ได้รับการศึกษาอย่างเพียงพอ แม้ว่าการเร่งการเจริญเติบโตจะสอดคล้องกับการเพิ่มขึ้นของการหลั่งฮอร์โมนเทสโทสเตอโรนในช่วงวัยแรกรุ่นก็ตาม

ในอวัยวะเป้าหมาย T อิสระจะแทรกซึมเข้าไปในไซโทพลาซึมของเซลล์ เมื่อมีเอนไซม์ 5a-reductase อยู่ในเซลล์ T จะถูกแปลงเป็น DHT T หรือ DHT (ขึ้นอยู่กับอวัยวะเป้าหมาย) จะจับกับตัวรับในไซโทพลาซึม เปลี่ยนโครงร่างของโมเลกุล และความสัมพันธ์กับตัวรับในนิวเคลียส ปฏิกิริยาระหว่างคอมเพล็กซ์ฮอร์โมน-ตัวรับกับตัวรับในนิวเคลียสทำให้ความเข้มข้นของ mRNA จำนวนหนึ่งเพิ่มขึ้น ซึ่งไม่เพียงแต่เกิดจากการเร่งการถอดรหัสเท่านั้น แต่ยังเกิดจากการทำให้โมเลกุลมีเสถียรภาพอีกด้วย ในต่อมลูกหมาก T ยังช่วยเพิ่มการจับของ mRNA ของเมไทโอนีนกับไรโบโซม ซึ่ง mRNA จำนวนมากจะเข้าไป ทั้งหมดนี้ทำให้เกิดการกระตุ้นการแปลด้วยการสังเคราะห์โปรตีนที่มีฟังก์ชันซึ่งเปลี่ยนสถานะของเซลล์