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B978-3-437-41704-7.00001-6

10.1016/B978-3-437-41704-7.00001-6

978-3-437-41704-7

Abb. 1.1

[E581]

Schematische Darstellung der Meiose. A–D) Stadien der Prophase bei der ersten Reifeteilung: homologe Chromosomen ordnen sich zu Paaren an; Austausch von Chromatidsegmenten durch Crossing Over; E) Metaphase; F) Anaphase; G) Telophase; H) Verteilung der elterlichen Chromosomenpaare am Ende der ersten Reifeteilung; I–K) Die zweite Reifeteilung entspricht einer Mitose ohne vorherige DNA-Vermehrung

Abb. 1.2

[L231]

Tertiärfollikel und Eisprung

Abb. 1.3

[L231]

Ausgereiftes Spermium

Keimzellentwicklung

  • 1.1

    Keimzellen1

    • 1.1.1

      Meiose1

  • 1.2

    Oogenese2

    • 1.2.1

      Follikelreifung2

    • 1.2.2

      Gelbkörper (Corpus luteum)4

    • 1.2.3

      Eizellreifung4

    • 1.2.4

      Hormonelle Kontrolle5

  • 1.3

    Spermatogenese6

    • 1.3.1

      Von der Urgeschlechtszelle zum Spermatid6

    • 1.3.2

      Aufbau eines Spermiums6

    • 1.3.3

      Spermiogenese7

    • 1.3.4

      Sertoli-Zellen7

    • 1.3.5

      Leydig-Zellen7

    • 1.3.6

      Fertilitätsdiagnostik8

IMPP-Hits

In den letzten Jahren hat das IMPP ausschließlich zur Oogenese (Kap. 1.2) Fragen gestellt.

Keimzellen

KeimzellenAb der 3. Entwicklungswoche lassen sich in der Wand des Dottersacks die ersten UrkeimzellenUrkeimzellen nachweisen. Eine Woche später beginnen sie ihre Wanderung in die sich gerade entwickelnden Keimdrüsen:EntwicklungKeimdrüsen. Etwa 1 000 dieser Zellen erreichen ihr Ziel. Entwickeln sich die Keimdrüsen zu Hoden, dann bilden sich aus den Urkeimzellen SpermatogonienSpermatogonien. Entstehen Ovarien, werden sie zu OogonienOogonien.
Ein anderes Wort für GeschlechtszelleGeschlechtszelle ist GametGamet. Entsprechend kann man die OogeneseOogenese und SpermatogeneseSpermatogenese auch als GametogeneseGametogenese bezeichnen. Diese unterscheidet sich in einigen Schritten grundlegend von der der Körperzellen und verläuft schon frühzeitig davon getrennt. Die KeimbahnlehreKeimbahnlehre nach Johann Nepomuk von Nussbaum (1880) besagt, dass eine geschlechtliche Zelllinie vererbt wird, deren minimale Bestandteile bereits in der befruchteten Eizelle (ZygoteZygote) abgrenzbar sind. Dies trifft zwar für Insekten zu, nicht aber für Säugetiere: Bei ihnen sind die ersten Zellen noch omnipotent und in der Lage, jeden Zelltyp zu bilden. Die Differenzierung beginnt erst nach dem 8-Zell-Stadium.

Merke

Zur Keimbahn gehören die Ei- und Samenzellen und alle ihre Vorläufer, nicht aber Körperzellen oder Zellen des Trophoblasten.

In den meisten menschlichen Körperzellen befindet sich ein diploider Chromosomensatz:diploiderChromosomensatz mit 46 Chromosomen. Jedes Chromosom liegt dabei in doppelter Ausfertigung vor: einmal von der Mutter und einmal vom Vater. Im Gegensatz dazu enthalten die Geschlechtszellen des Menschen einen haploiden Chromosomensatz:haploiderChromosomensatz mit 23 Chromosomen. Hier ist also nur jeweils ein Exemplar vorhanden, in welchem sowohl mütterliche als auch väterliche Anteile zu finden sind.
Chromosomen sind kondensierte DNA-Abschnitte, die – abgesehen von der Äquationsteilung im Rahmen der Meiose (Kap. 1.1.1) – aus zwei ChromatidenChromatiden bestehen. Diese stellen die beiden Längshälften des x-förmigen Chromosoms dar.

Meiose

Als MeioseMeiose bezeichnet man die Gesamtheit aller Teilungsvorgänge, die aus einer Urkeimzelle beim Mann vier Spermien und bei der Frau eine Eizelle mit drei PolkörperchenPolkörperchen entstehen lassen. Sie wird untergliedert in die ReduktionsteilungReduktionsteilung (erste Reifeteilung), bei der sich die Chromosomen trennen, und die Chromosomen:ÄquationsteilungÄquationsteilung:ChromosomenÄquationsteilung (zweite Reifeteilung), die die Chromatiden separiert. Aus dem diploiden Satz der Urkeimzellen, deren Chromosomen aus je zwei Chromatiden bestehen (2n2C), wird der haploide Ein-Chromatid-Ein-Chromatid-Chromosomensatz:haploiderChromosomensatz (1n1C) der reifen Gameten. Das ist notwendig, damit sich die absolute DNA-Menge von Generation zu Generation nicht vermehrt. Wenn später die Kerne von Ei- und Samenzelle verschmelzen, entsteht wieder ein diploider Chromosomensatz (2n1C), der nach DNA-Verdopplung (2n2C) bereit ist zur ersten (mitotischen) Teilung.
Die Meiose:PhasenMeiose umfasst folgende Schritte (Abb. 1.1):
  • In der Prophase:MeioseProphase erfolgen Kondensation und Paarung der homologen Chromosomen in der diploiden Urgeschlechtszelle und der Austausch einzelner Genabschnitte. Dies bezeichnet man als Crossing Crossing OverOver – es stellt die Grundlage der genetischen Individualität dar. Die Meiose wird unterteilt in LeptotänLeptotän:Prophase, ZygotänZygotän:Prophase, PachytänPachytän:Prophase und DiplotänDiplotän:Prophase.

  • In der Metaphase:MeioseMetaphase ordnen sich die 46 Chromosomen in der Mittelebene (Äquatorialebene) der Zelle an.

  • Während der Anaphase:MeioseAnaphase werden die homologen Chromosomen getrennt und mit Hilfe von MikrotubuliMikrotubuli (SpindelapparatSpindelapparat) zu den gegenüberliegenden Zellpolen gezogen.

  • In der Telophase:MeioseTelophase bildet sich eine Membran aus, die die Mutterzelle in zwei Tochterzellen teilt. Um die je 23 Chromosomen entstehen Kernmembranen. Die übrigen Organellen werden aufgeteilt.

Die sich anschließende zweite Reifeteilung:zweiteReifeteilung (Äquationsteilung) entspricht einer Mitose, wie sie auch in den Körperzellen vorkommt. Der Unterschied besteht darin, dass hier die DNA zuvor nicht verdoppelt wird. Wieder gibt es eine Prophase, in der das Chromatin zu Chromosomen kondensiert. In der Metaphase erfolgt wieder die Anordnung in der Mittelebene mit anschließender Trennung der Chromatiden:TrennungChromatiden während der Anaphase. Mit der Zellteilung in der Telophase findet die Meiose ihren Abschluss.

Oogenese

Schon während der Embryonalzeit wandern die UrgeschlechtszellenUrgeschlechtszellen, die sich in der Dottersackwand gebildet haben, in die Gonadenanlage ein (Kap. 15.3). Mit deren Differenzierung zum Ovarien:DifferenzierungOvar werden die Urgeschlechtszellen zu OogonienOogonien. Sie vermehren sich, bis sie es im 5. Monat auf eine Gesamtzahl von ungefähr 7 Millionen Zellen bringen! Der Großteil von ihnen bildet sich wieder zurück: Bei der Geburt sind noch 1–2 Millionen, zum Beginn der Pubertät noch etwa 300 000 in jedem Eierstock vorhanden.

Merke

Eizellen werden nur pränatal gebildet!

Follikelreifung

FollikelreifungEinige der Oogonien reifen zu primären Oozyten:primäreOozyten (Oozyten 1. Ordnung) und bekommen gegen Ende der Embryonalzeit eine einschichtige Hülle aus flachen somatischen Zellen. Sie heißen FollikelzellenFollikelzellen, das ganze Gebilde nennt sich PrimordialfollikelPrimordialfollikel. Diese Follikelzellen geben eine Meiose-inhibierende Substanz (MIS)Meiose-inhibierende Substanz (MIS) ab, die die Entwicklung der Eizelle in der Prophase ihrer ersten Reifeteilung anhält. Von der späten Embryonalzeit bis nach der Pubertät verharren die Oozyten in diesem Stadium (DiktyotänDiktyotän). Einige wenige wachsen und führen die Meiose fort, werden dann aber abgebaut. Das bezeichnet man als FollikelatresieFollikelatresie.
Mit dem Beginn der Pubertät setzt ein stetiger Reifungsrhythmus ein, der bewirkt, dass Monat für Monat aus einem der beiden Eierstöcke eine Eizelle in den Eileiter abgegeben wird. Dazu werden aus der Gesamtzahl der Primordialfollikel:GesamtzahlPrimordialfollikel einige „rekrutiert“ und diese entwickeln sich zu PrimärfollikelPrimärfollikeln: Deren Hülle ist immer noch einschichtig, besteht aber bereits aus kubischen Zellen.
Einige der Primärfollikel reifen weiter zu SekundärfollikelSekundärfollikeln. Sie zeichnen sich durch ein mehrschichtiges Follikelepithel aus, dessen Zellen eine glykogenreiche Substanz absondern. Diese lagert sich als Zona Zona pellucidapellucida direkt um die Eizelle.
Aus dem Sekundärfollikel wird der TertiärfollikelTertiärfollikel, wenn die wachsende Oozyte beginnt, sich in seinem Inneren in eine exzentrische Position zu verlagern (Abb. 1.2). Es entstehen kleine Lücken und Hohlräume, die sich zu einer FollikelhöhleFollikelhöhle vereinigen. Sie ist gefüllt mit Liquor Liquor folliculifolliculi, einer nährstoffreichen Flüssigkeit, die von den Follikelzellen sezerniert wird und der Ernährung der Eizelle dient.
Wo sich die Eizelle mit ihrer Zona pellucida in die Follikelhöhle vorwölbt, bildet sie den Eihügel, Cumulus Cumulus oophorusoophorus.
Als weitere wichtige Struktur findet sich die Corona Corona radiataradiata, eine Schicht von Follikelzellen, die der Zona pellucida direkt anliegt und die Eizelle gezackt wie eine Krone gegen die Follikelhöhle abgrenzt.
Um den Zellmantel, der die Follikelhöhle selbst umgibt, differenzieren sich aus dem Gewebe des Ovars (Stroma ovarii) die Thecae interna und externa.
  • Theca Theca:internainterna: Sie ist eine gefäßreiche Schicht, die als endokrine Drüse Androgene produziert.

  • Theca Theca:externaexterna: Sie dient als bindegewebige Außenschicht dem Schutz und der Stabilität des Tertiärfollikels.

Durch hormonelle Stimulation wächst und reift schließlich zwischen dem 5. und 7. Zyklustag einer der Tertiärfollikel zum sprungreifen Graaf-Graaf-FollikelFollikel. Dieser hat einen Durchmesser von 1,5–2 cm, ist also fast so groß wie eine Euro-Münze! Mit diesen Ausmaßen wölbt er die Wand des Ovars deutlich hervor: Von außen ist seine Position als helles Stigma:Graaf-FollikelStigma erkennbar. Beim EisprungEisprung (OvulationOvulation) am 14. Zyklustag wird die Eizelle samt Zona pellucida und Corona radiata aus dem Graaf-Follikel ausgestoßen und von den Fimbrien der Tuba uterina in Empfang genommen.

Merke

Die Eizelle ist nach dem Eisprung nur noch umgeben von der Zona pellucida und der Corona radiata.

Gelbkörper (Corpus luteum)

Corpus(-ora):luteum

In den verlassenen Follikel strömt Blut aus der Theca interna ein und verwandelt ihn in das Corpus Corpus(-ora):rubrumrubrum. Später bekommt er durch die eingelagerten Lipide in den Luteinzellen eine eher gelbliche Färbung: Corpus luteum. In dieser Form fungiert er als hormonproduzierende Drüse: Durch die Abgabe von Progesteron:Corpus luteumProgesteron und Östrogene:Corpus luteumÖstrogen beeinflusst er die Vorgänge im Uterus, der sich für den Fall einer Befruchtung auf die Einnistung des Keimes vorbereitet.

Kommt es tatsächlich zur Befruchtung, bleibt das Corpus luteum etwa bis zur 10. Schwangerschaftswoche als Corpus luteum graviditatisCorpus(-ora):luteum erhalten, bis es in seiner Funktion vollständig von der Plazenta abgelöst wird. Dann degeneriert es und bleibt als kleine weiße Narbe (Corpus Corpus(-ora):albicansalbicans) in der Wand des Ovars sichtbar. Diese Umwandlung zum Weißkörper geschieht sehr viel schneller, wenn keine Befruchtung stattfindet: Das Corpus luteum menstruationisCorpus(-ora):luteum bildet sich nach etwa einer Woche schon zurück.

Eizellreifung

Die Entwicklung der Eizelle und ihre verschiedenen Reifeschritte nehmen große Zeiträume in Anspruch. Sie sollen hier noch einmal dezidiert dargestellt werden: Jene Urkeimzellen, die sich beim noch ungeborenen Mädchen finden und in der Lage sind, sich durch mitotische Teilung zu vermehren, heißen OogonienOogonien (auch: Ovogonien). Sie werden zu Oozyten:1. OrdnungOozyten Oozyten(Ovozyten) 1. Ordnung, wenn sie eine erste Wachstumsperiode hinter sich gebracht haben und in die Prophase der ersten Reifeteilung (Meiose) eingetreten sind. In diesem Stadium ruhen sie im kindlichen Ovar bis zum Beginn der Pubertät. Sie besitzen einen diploiden Chromosomensatz (46 Chromosomen, jeweils bestehend aus zwei Chromatiden). Das lange Ruhestadium heißt DiktyotänDiktyotän.
Nur einige der primären Oozyten treten in eine zweite Wachstumsperiode ein. Und nur einige von diesen beenden die erste Reifeteilung. Währenddessen bildet sich um sie herum der Tertiärfollikel. Die Chromatiden eines jeden Chromosoms werden voneinander getrennt und auf zwei Zellen verteilt. Eine davon bekommt den Hauptteil der Zellsubstanz und Zellorganellen und wird zur Oozyten:2. OrdnungOozyte (Ovozyte) 2. Ordnung. Die andere, die kaum etwas vom Dotter abbekommt, heißt PolkörperchenPolkörperchen. Ihre Bedeutung ist unbekannt. Die Oozyte 2. Ordnung ist also noch immer eine diploide Zelle und befindet sich im sprungreifen Graaf-Graaf-FollikelFollikel.

Klinik

Polkörperchendiagnostik

Polkörperchen:DiagnostikOb die Polkörperchen, die als nur spärlich ausgestattete Tochterzellen bei den Reifeteilungen der Oozyte entstehen, eine biologische Funktion haben, ist nicht bekannt. Bisher wurde nur beobachtet, dass sie sich während oder kurz nach der Befruchtung auflösen. Aus Defekten des Polkörperchen:DefektePolkörperchens lassen sich aber Rückschlüsse auf den Zustand der Eizelle ziehen. Fortschritte in der Gentechnik geben ihnen damit eine Funktion bei der Präimplantationsdiagnostik:PolkörperchendiagnostikPräimplantationsdiagnostik im Zusammenhang mit der In-vitro-Fertilisation (In-vitro-Fertilisation (IVF):PolkörperchendiagnostikIVF, Befruchtung im Reagenzglas). Mittels der Polkörperchendiagnostik kann man einige schwere Gendefekte:PolkörperchendiagnostikGendefekte und Chromosomenanomalien:PolkörperchendiagnostikChromosomenanomalien:Alter der MutterChromosomenanomalien erkennen, welche die häufigste Ursache für einen frühzeitigen Abort:frühzeitiger, ChromosomenanomalienAbort sind. Die mit 20–30 % eher geringe Rate der erfolgreichen künstlichen Befruchtungen soll auf diese Weise erhöht werden.
Zur Untersuchung wird das Polkörperchen aus der Zona pellucida, jener Hülle, in der es sich gemeinsam mit der Eizelle befindet, entnommen. Nach Färbung und Fixierung der Zelle können per Fluoreszenz-in-situ-FISH (Fluoreszenz-In-situ-Hybridisierung)Hybridisierung (FISH)Fluoreszenz-In-situ-Hybridisierung (FISH) Fehlverteilungen ganzer Chromosomen festgestellt werden. Die Polymerase-Polymerase-Kettenreaktion (PCR)Kettenreaktion (Polymerase Chain Reaction, PCR (Polymerase Chain Reaction)PCR) weist einzelne Gene nach.
Anwendung findet die Untersuchung in erster Linie bei Frauen über 39 Jahre und bei solchen mit bekannten Erbkrankheiten in der Familie.
Sofort nach der Ovulation beginnt die Oozyte ihre zweite Reifeteilung:zweiteReifeteilung, bei der die homologen Chromosomen voneinander getrennt werden. Diese Reifeteilung wird allerdings nur beendet, wenn es zur Befruchtung kommt. Dann teilen sich zwei haploide Zellen voneinander: das Ovum auf der einen Seite, das bereit ist, sich mit dem Spermium zu vereinigen, und das kleine zweite Polkörperchen andererseits, das wieder nur ein Minimum an Zellsubstanz erhalten hat.

Klinik

Altersbedingte Chromosomendefekte

Die Ruhephase der Oozyten 1. Ordnung kann mehr als 40 Jahre dauern! In dieser langen Zeit sind sie äußeren Einflüssen ausgesetzt, die zu einer Veränderung der Chromosomen oder der an der Weiterentwicklung beteiligten Enzyme führen können. Mit dem Alter der Mutter steigt daher das Risiko chromosomaler Defekte beim Kind.

Hormonelle Kontrolle

Corpus(-ora):luteum

Alle Vorgänge der Reifung von Eizelle und Follikel stehen unter dem Einfluss von Hormonen: Aus dem Hypothalamus werden Releasing-Releasing-HormoneHormone freigesetzt. Diese Freisetzung erfolgt periodisch und unterliegt Feedback-Mechanismen. Die Releasing-Hormone bewirken in der Adenohypophyse Ovulation:LHOvulation:FSHdie Ausschüttung von luteinisierendem Hormon (LH (luteinisierendes Hormon):Oozyte, ReifungLH)Luteinisierendes Hormon"\t""Siehe LH und Follikel-stimulierendem Hormon (FSH).FSH (Follikel-stimulierendes Hormon):Follikelwachstum Follikel-stimulierendes Hormon"\t""Siehe FSHFSH fördert das Wachstum der Follikel, während LH wichtig ist für die Reifung der OozyteOozyten:Reifung. Die Follikelwachstum:FSHFollikelzellen (besonders die der Theca interna) besitzen spezielle Rezeptoren für diese Hormone.

Offenbar besteht ein Zusammenhang zwischen der Rezeptorendichte und der Auswahl der Follikel, die das jeweils höhere Stadium (Primär-, Sekundär-, Tertiär- und Graaf-Follikel) erreichen. Dass nur einer der Tertiärfollikel zum sprungreifen Graaf-Follikel wird und die anderen zugrunde gehen (und nicht etwa „aufgehoben“ werden für den nächsten Zyklus), hängt mit einer enormen Produktion von Östradiol:OvulationÖstradiol zusammen (so genannter Östrogen-Östrogen-PeakPeak), die zum Stopp der weiteren FSH-Ausschüttung aus der Hypophyse führt. Dadurch wird die Reifung weiterer Follikel verhindert.

Die Zellen der Theca interna sind reichlich ausgestattet mit glattem endoplasmatischem Retikulum und Mitochondrien vom Tubulus-Typ. Sie produzieren Androgene:Theca internaAndrogeneTheca:interna, die mit Hilfe der Follikelepithel- bzw. Granulosazellen in ÖstrogeneÖstrogene umgewandelt werden. Diese wirken auf die Eizelle ein und stimulieren deren Wachstum. Außerdem steuern sie den Menstruationszyklus.

Merke

Die Follikelbildung wird durch FSH gesteuert.

Die Ausreifung der Eizelle geschieht unter dem Einfluss von LH.

Spermatogenese

Von der Urgeschlechtszelle zum Spermatid

SpermatogeneseVom Dottersack wandern die UrgeschlechtszellenUrgeschlechtszellen:Wanderung in die primitive Gonadenanlage ein, um sich dort zu vermehren. Mit der Differenzierung des Hodens werden sie zu SpermatogonienSpermatogonien:Entwicklung und verharren bis weit nach der Geburt als große, helle und noch weitgehend undifferenzierte Zellen in den Keimsträngen des kindlichen Hodens. Dort sind sie durch Stützzellen gut verpackt und ruhig gestellt. Erst mit der Pubertät werden sie aktiv: Die Keimstränge öffnen sich zu SamenkanälchenSamenkanälchen:Entwicklung, die Stützzellen entwickeln sich zu Sertoli-ZellenSertoli-Zellen:Entwicklung. Die Keimzellen selbst differenzieren sich zu den reifen Spermien.
Zunächst lassen sich bei den SpermatogonienSpermatogonien:Typ A Spermatogonien:Typ B zwei Typen unterscheiden: Typ A ist Teil eines Kreislaufs, der immer neue Keimzellen für die Teilung zur Verfügung stellt. Typ B verlässt den Kreis und differenziert sich zur primären SpermatozyteSpermatozyten:primäre Spermatozyten:sekundäre (Spermatozyte 1. OrdnungSpermatozyten:1. Ordnung). Diese enthält den diploiden Chromosomensatz 2n2C, also 46 Chromosomen, jeweils bestehend aus zwei Chromatiden. Für ungefähr drei Wochen verharrt die Zelle in der Prophase. Danach teilt sie sich in zwei sekundäre SpermatozytenSpermatozyten:sekundäre (Spermatozyten 2. OrdnungSpermatozyten:2. Ordnung, PräspermatidenPräspermatiden). Diese haben nur noch 23 Chromosomen (sind also haploid) mit jeweils zwei Chromatiden und teilen sich noch einmal in zwei SpermatidenSpermatiden (Spermiden)Spermiden\t \"Siehe Spermatiden.
Anders als bei der Oogenese, bei der nur eine reife Eizelle entsteht, werden hier durch zwei Teilungen vier funktionstüchtige Gameten geschaffen.
Was folgt, bezeichnet man als SpermiogeneseSpermiogenese. Das ist der letzte Schritt der Spermatogenese, bei der das Spermium oder Spermatozoon entsteht.

Aufbau eines Spermiums

Spermium:AufbauEin reifes Spermium setzt sich zusammen aus:
  • Kopf

  • Hals

  • Schwanz mit Mittelstück, Hauptstück und Endstück (Abb. 1.3).

Der KopfSpermium:Kopf beinhaltet den Zellkern. Aus aquadynamischen Gründen hat er eine birnenähnliche Form. Umgeben ist der Kopf von der Akrosomenkappe:SpermiumAkrosomenkappeSpermium:Akrosomenkappe. Diese hat sich aus Golgi-Vesikeln entwickelt, ist ein Lysosomenäquivalent und enthält als solches unter anderem HyaluronidaseHyaluronidase:Spermium und AkrosinAkrosin:Spermium. Das ist wichtig für die Befruchtung, wenn in der so genannten AkrosomreaktionAkrosomreaktion:Spermium die Schutzhüllen der Eizelle eröffnet werden müssen.
Dem Kopf schließt sich der HalsSpermium:Hals an: Hier wird das proximale Zentriol:SpermiumZentriolSpermium:Zentriol aufbewahrt. Es ist später wichtig bei der Teilung der befruchteten Eizelle. Dann bildet es einen so genannten SpindelapparatSpindelapparat aus, an dem sich die Chromosomen zu den zwei Zellpolen bewegen. Darauf folgt der Schwanz, der das Spermium im Präparat so leicht erkennbar macht. Dem MittelstückSpermium:Mittelstück sind die Mitochondrien angelagert: Hier wie überall sind sie für die Bereitstellung von ATP verantwortlich, das als schneller Energiespender der Geißelbewegung dient. Die Geißel (Haupt- und Endstück des Schwanzes) besteht aus Proteinfäden (MikrotubuliSpermium:Mirkotubuli) mit der typischen „9 × 2 + 2-Struktur“: Hierbei ordnen sich 9 Mikrotubuli-Paare im Kreis um 2 zentral liegende Achsenfäden. Bis in die Schwanzspitze setzt sich dieser Aufbau fort. Umgeben wird das Ganze von der PlasmamembranPlasmamembran:Spermium, die sich lokal charakteristisch in ihrer Zusammensetzung aus Glykoproteinen und Lipiden unterscheidet.

Spermiogenese

SpermiogeneseDie übrigen Organellen der Spermatide – Ribosomen, endoplasmatisches Retikulum und andere – sowie überzählige Mitochondrien und Vesikel werden als ResidualkörperResidualkörper abgeschnürt und von den Sertoli-Zellen phagozytiert.
Die ersten Differenzierungsschritte der männlichen Samenzellen finden, wie oben beschrieben, in den Samensträngen bzw. nach Beginn der Pubertät in den daraus entstandenen Tubuli seminiferi contorti des Hodens statt. Von dort wandern die Spermiden entlang dem Rete testisRete testis und der Ductuli efferentesDuctulus(-i):efferentes über das Caput epididymidisCaput:epididymidis bis in die Cauda epididymidisCauda:epididymidis, den Nebenhodenschwanz. Für diesen Weg benötigen sie ungefähr 64 Tage und prinzipiell ist das Spermium damit komplett. Innerhalb von knapp zwei Wochen wandert es in den Ductus epididymidisDuctus:epididymidis (NebenhodengangNebenhodengang), wo es bis zur Abgabe gespeichert wird.
Das säuerliche Milieu des Nebenhodens schränkt die Beweglichkeit der Geißel ein. Erst im Ejakulat entsteht durch die Vermischung der Sekrete aus den verschiedenen Anhangdrüsen ein alkalisches Milieu, das die Bewegung der Spermien ermöglicht.

Merke

Von der Teilung der Spermatogonie bis zur Einlagerung eines befruchtungsfähigen Spermiums in den Nebenhoden vergehen ungefähr 80 Tage.

Sertoli-Zellen

Die Sertoli-ZellenSertoli-Zellen werden nicht zu Unrecht auch als „Ammenzellen“ bezeichnet. Das hängt mit ihren vielfältigen Funktionen bei der Aufzucht der Spermien zusammen: Stütze, Nährstoffspender, Restevertilger – und das ist noch längst nicht alles. So sezernieren sie das Androgen-bindende Peptid (ABP (Androgen-bindendes Peptid)ABPAndrogen-bindendes Peptid (ABP)), welches Testosteron zu den Keimzellen transportiert, und Inhibin, das hemmend auf die Freisetzung von Gonadotropin-Releasing-HormonGnRH (Gonadotropin-Releasing-Hormon) (GnRH)Gonadotropin-Releasing-Hormon (GnRH) im Hypothalamus wirkt. Das Wachstum der Sertoli-Zellen selbst wird durch das Follikel-stimulierende Hormon (FSH) der Hypophyse angeregt.
Während ihrer Entwicklung wandern die Keimzellen an den Sertoli-Zellen hinauf, sodass basal, also am Rand der Samenkanälchen, Spermatogonien liegen und sich apikal die fertigen Spermien in das Lumen ablösen können.
Darüber hinaus bilden Sertoli-Zellen die Blut-Hoden-SchrankeBlut-Hoden-Schranke. Blut-Hirn-Schranke im Kopf, Blut-Luft-Schranke in der Lunge, Blut-Hoden-Schranke in den Keimdrüsen – das Prinzip ist immer ähnlich: Ein allzu einfacher Stoffaustausch soll verhindert werden, damit bestimmte Vorgänge in einem Kompartiment abgeschirmt vom Milieu eines anderen Kompartiments ablaufen können. Dazu werden Tight Junctions (Tight-junctionsZonulae occludentes,Zonulae(-ae):occludentes Kap. 4.3) verwendet, welche die Sertoli-Zellen fest miteinander verbinden und so die Samenkanälchen gegen die Umgebung abdichten. Wahrscheinlich dient die Blut-Hoden-Schranke auch als eine Art immunologische Barriere, welche die mit neuen Antigenen ausgestatteten Spermatiden vor der körpereigenen Abwehr schützt.

Leydig-Zellen

Im Bindegewebe des Hodens finden sich die Leydig-Leydig-Zellen:LHZellenLeydig-Zellen. Sie produzieren bereits zu Beginn der Fetalzeit TestosteronTestosteron:Leydig-Zellen, welches für die Entwicklung der männlichen Keimdrüsen notwendig ist. Nach der Geburt treten sie vorerst in ein Ruhestadium ein, um in der Pubertät die Hormonproduktion wieder aufzunehmen. Das Testosteron ist dann für die Reifung der männlichen Keimzellen unentbehrlich. Seine Ausschüttung aus den Leydig-Zellen wird durch das luteinisierende Hormon (LH)LH (luteinisierendes Hormon):Leydig-Zellen aus der Hypophyse reguliert. Über einen Feedback-Mechanismus, der auch den Hypothalamus einschließt, kann die Testosteron-Produktion sehr genau gesteuert werden.

Fertilitätsdiagnostik

Die Untersuchung des nach fünftägiger Abstinenz durch FertilitätsdiagnostikMasturbation gewonnenen Spermas und die Erstellung eines SpermatogrammSpermatogramms gehören zur Standarddiagnostik beim Verdacht auf Fertilitätsstörungen des Mannes. WHO-Maßstäbe legen fest, wie ein normales EjakulatEjakulat auszusehen hat: Eine Fraktion besteht aus 2–6 ml trüb weißlichem, klebrigem Sekret mit charakteristischem Geruch. Darin sind 200–300 Mio. Spermien enthalten, von denen mehr als 75 % vital, 50 % vorwärtsbeweglich und über 30 % normal geformt sind. Die Vitalität kann anhand der Eosinfärbung nachgewiesen werden: Nur tote Samenzellen nehmen den Farbstoff auf.
Neben den Spermien enthält das Ejakulat einige wichtige azelluläre Komponenten: Zitrat, Cholesterol und saure Phosphatase entstammen der Prostata. Fruktose, Prostaglandine und Vitamin C werden von der Samenblase beigesteuert. Des Weiteren finden sich Zink und α-Glucosidase in dem Sekret. Nach dem Ausstoß gerinnt das Sperma zunächst, um sich 20–30 Minuten später wieder zu verflüssigen. Auch dieses Phänomen dient der Beurteilung der Fertilität.

Klinik

Fertilitätsstörungen

  • FertilitätsstörungenBei InfertilitätInfertilität wird zwar eine Eizelle befruchtet, doch die Heranreifung zu einem lebensfähigen Kind scheitert.

  • Von SterilitätSterilität spricht man, wenn bereits die Befruchtung nicht stattfinden kann. Ungewollte Kinderlosigkeit stellt für 10–15 % der Paare in Deutschland ein großes Problem dar. Wenn trotz regelmäßigen ungeschützten Sexualverkehrs über ein Jahr keine Schwangerschaft eintritt, muss bei beiden Partnern nach den Ursachen gesucht werden. In etwa 45 % der Fälle liegen sie bei der Frau, in 40 % beim Mann, in 15 % findet man sie bei beiden.

Störungen, die zu ungewollter Kinderlosigkeit führen, können grob in sechs Klassen unterteilt werden:
  • Wichtig für die Reproduktion ist ein intakter Hormonhaushalt. Über- oder Unterfunktionen der Hypophyse und des Hypothalamus (z. B. ausgelöst durch einen Tumor) führen zu Regulationsstörungen, die oft Ursache der Unfruchtbarkeit sind.

  • Primäre Defekte der Keimdrüsen:Defekte, primäreKeimdrüsen (Ovar oder Hoden) können die Ursache sein.

  • Schädigungen (z. B. Entzündung, Stenose) der Geschlechtswege:SchädigungenGeschlechtswege können zu Unfruchtbarkeit führen.

  • Nicht selten spielen psychische Faktoren und Stress eine Rolle.

  • Als extragenitale Ursachen kommen Fehlfunktionen der Nebenniere oder der Schilddrüse sowie die übermäßige Einnahme von Drogen, Alkohol oder Nikotin in Betracht.

  • Schließlich bleibt die große Gruppe der idiopathischen Fruchtbarkeitsstörungen:idiopathischeFruchtbarkeitsstörungen, bei denen kein konkreter Grund für die Kinderlosigkeit gefunden wird.

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