第十三章 生殖
2011-06-08 18:30:32   来源：   作者：  评论：0 点击：

本章导读
生殖是生物种系繁衍后代的生理功能，是两性配子即精子和卵子的产生及其结合即受精、妊娠和分娩从而产生新的子代个体的生理过程。生殖功能受下丘脑-腺垂体-生殖器官轴的神经和内分泌系统调控。
睾丸具有精子发生和激素分泌两种男性生殖的基本功能。精子是通过有丝分裂、减数分裂和精子形成而产生；睾丸产生的雄激素主要是睾酮，是维持男性生殖功能的主要激素。睾丸的功能受黄体生成素(LH)、卵泡刺激素(FSH)、睾丸酮和一些辅助的激素的调控。
卵巢的活动呈周期性。卵巢周期的第一部分为卵泡期，雌激素占主导作用，然后是短暂的排卵期。第二部分为黄体期，孕酮占主导作用，为子宫种植作准备。所有妇女在出生时已具备所有的卵泡，不再产生。卵泡是卵巢功能的基本单位。卵巢周期开始时，在FSH和LH的作用下，有一簇卵泡（约20个）生长发育，其中的一个逐渐发育为成熟的卵泡，并分泌不断增多的雌激素。成熟卵泡在LH高峰的激发下发生排卵，原来的卵泡结构转变成黄体并分泌黄体酮。月经周期中的子宫内膜在激素的影响下也呈周期性改变。卵泡期在雌激素作用下表现为增生期子宫内膜，排卵后在雌、孕激素作用下转变为分泌期子宫内膜。黄体功能的退化使体内黄体酮和雌激素水平下降，导致月经来潮。
在一次射出的精液中有数千万甚至以亿计的精子，其中约只有15～50个精子到达受精的地点即输卵管壶腹部。精子在女性生殖道内获能，与卵子相遇后，精子的顶体酶消化放射冠和透明带，最后只允许一条精子穿入卵子并与卵子结合而受精，卵子排出第二极体，形成合子，这是新个体的最早阶段。此后受精卵不断分裂并逐渐向子宫腔方向移动。受精后6天，形成的囊胚种植在子宫内膜。绒毛促性腺激素代替LH维持黄体的功能，在妊娠三个月后，胎盘取代黄体产生雌激素和黄体酮。黄体酮抑制子宫内膜的收缩，以利于妊娠的继续直至分娩。分娩过程分为3个时期：（1）从子宫收缩到宫颈完全扩张；（2）娩出胎儿；（3）排出胎盘。

生殖(reproduction)是生物区别于非生物的基本特征之一，它指生物体产生与其本身相似的子代个体，从而维持生物种系延续的生理功能。一切生物个体都必然经过生长、发育、成熟、衰老，最终死亡的过程，因而生殖是确保物种繁衍的重要生命活动。在较高等动物包括人类，生殖是经过两性生殖系统的共同活动实现的。生殖功能主要包括两性配子[指两性的生殖细胞(germ cell)即精子和卵子]的形成、交配和两性配子的结合即受精以及胚胎发育等一系列过程。这些活动受生物个体的神经和内分泌系统的调控。
人类产生生殖细胞的器官在男性称睾丸(testis)，在女性称卵巢(ovary)，分别产生精子(spermatozoon)和卵子(ovum)。睾丸和卵巢还具有内分泌的功能，可分泌性激素(gonadal hormone)，故又称为性腺(gonad)。两性性腺分泌的主要性激素的种类和生物作用均有不同,在此影响下形成的男女两性青春期后体征和外貌的差异称为第二性征(secondary sexual characteristics)，它是区分性别的一般特征。男女两性除性腺外的其他生殖器官的基本功能是输送精子或卵子、参与受精过程、维持胚胎发育成熟、直至分娩，完成新个体的诞生。
人类的生殖功能不但在个体的生活中发挥重要的作用，同时也具有较为特殊的社会效应。因此，人类生殖的研究不仅是人类生理的基本课题，也涉及社会科学领域的许多方面。
第一节 男性生殖
(Male reproduction)
男性的生殖功能包括精子的产生、输送和性激素的合成与分泌。男性的生殖过程是在中枢神经系统、下丘脑-垂体-睾丸轴(hypothalamus - adenohypophysis - testes axis)的密切协同和调控下，通过精子发生、成熟、运输和精子获能等一系列生理活动所完成。成熟男性的生殖是连续的过程。男性生殖系统的主要性器官--睾丸具有精子发生和激素分泌的双重功能。其他附属器官如附睾、输精管、精囊、前列腺、尿道球腺和阴茎的功能是完成精子的成熟、贮存、运输及排出。
一、睾丸的功能
(Function of the testis)
睾丸是男性生殖系统的主要器官，其功能和它的组织结构密切相关。新生儿的睾丸体积相对较大，自出生至性成熟期前，体积增长较慢，到成熟期迅速发育、长大和成熟，至老年期逐渐萎缩变小。睾丸由约900条曲细精管与间质细胞(leydig cell)所组成，分别占睾丸总体积的80%和20%。曲细精管上皮由生精细胞(spermatogenic cell)和支持细胞(sertoli cell)构成，是产生精子的部位。间质细胞则分布于精曲小管之间，具有合成和分泌雄性激素等功能。
（一）睾丸的精子发生
睾丸的精子发生(spermatogenesis)是指精原细胞(spermatogonium)经过有丝分裂（mitosis）、减数分裂（meiosis）和细胞分化（cell differentiation）发育为成熟精子的过程。男性从青春期开始产生精子，一直延续至死亡。精子生成是在睾丸曲细精管内进行，从曲细精管管壁基底膜到管腔，精子发生逐渐成熟，依次排列为精原细胞、初级精母细胞(primary spermatocyte)、次级精母细胞(secondary spermatocyte)、精子细胞(spermatid)、精子(spermatozoon)和脱离支持细胞进入管腔的成熟精子。精子的生成是一个连续的过程，从精原细胞经过有丝分裂形成初级精母细胞；再分别经过两次减数分裂，形成次级精母细胞和精子细胞；最后精子细胞分化形成精子(图13-1)，称为精子的形成(spermiogenesis)。从精原细胞发育成为精子的整个过程平均约需64天。支持细胞为各级生精细胞提供营养并起保护与支持的作用，维持生精细胞分化和发育所需微环境的相对稳定。
新产生的精子被释放进入曲细精管管腔后，靠小管外周肌样细胞的收缩和管腔液的移动被运送至附睾内储存直至射精。在附睾内精子进一步发育成熟，并获得运动能力，附睾内可贮存少量精子，大量的精子则贮存于输精管及其壶腹部。在性交过程中，随着输精管的蠕动，精子被输送至尿道，并与附睾、精囊、前列腺及尿道球腺的分泌液混合形成精液(semen)。一次正常的射精每毫升大约有4千万～1亿个精子。
（二）睾丸内分泌功能
睾丸分泌男性的主要性激素--雄激素。男性体内的雄激素主要有睾酮(testosterone，T)、脱氢异雄酮(dehydroisoandrosterone，DHIA)、雄烯二酮(androstenedione)、双氢睾酮(dihydrotestosterone，DHT)等。虽然生物活性以双氢睾酮为最强，睾酮次之，但睾酮是睾丸产生的主要的雄激素。男性体内的雄激素绝大部分由睾丸的间质细胞合成和分泌，少量来自肾上腺皮质网状带。此外睾丸还能生成抑制素和极小量的雌激素等。
1．睾酮的合成、运输和代谢：睾酮是含19个碳原子的类固醇激素。在间质细胞内，胆固醇经羟化、侧链裂解，形成雄激素生物合成的前体孕烯醇酮，后者可在异构酶的作用下转化为孕酮。孕烯醇酮与孕酮分别再经生物转化，逐步转变为睾酮（图13-2）。血液中65%的睾酮与血浆中存在的性激素结合球蛋白(sex steroid-binding globulin，SSBG)结合，其余33%的睾酮与血浆白蛋白结合，游离形式的睾酮只有1%～3%。只有游离形式的睾酮才能离开血循环进入靶细胞，与细胞内的受体形成激素-受体复合物，并与DNA结合，通过促进基因转录而发挥生物学功能。在部分靶细胞内，睾酮可经5a-还原酶作用形成双氢睾酮后再发挥作用。
血中睾酮的水平与不同的年龄阶段有关。正常成年男性每天睾酮分泌量约为4～9mg(13.9～31mmol/d)，血浆睾酮总浓度约为5.25mg/L(18.2mmol/L)。55岁以后，随年龄增长血浆睾酮浓度逐渐降低（图13-3）。
睾酮主要在肝内降解、灭活，其中约5%被彻底氧化，95%经还原和结合转化为无生物活性的代谢产物并经尿排出，少量经粪便排出。循环中少量的睾酮还可转变为雌二醇。
2．雄激素的生理作用
雄激素在胚胎期的性分化、青春期性器官的发育和成熟、精子的发生、副性征与性功能的维持、调节促性腺激素分泌等方面均发挥重要作用，同时对机体的代谢活动也具有调节作用。
（1）影响胚胎的性分化：胚胎7周时分化出睾丸，并分泌雄激素，诱导副中肾管退化，中肾管等分化为男性内、外生殖器。雄激素的影响也导致了神经系统分化的性差异。此外睾酮对睾丸的下降也起重要作用。
（2）影响青春期男性生殖器官的发育：雄激素可直接刺激睾丸，维持睾丸的正常发育，刺激精囊与前列腺的发育及其正常分泌，促进阴茎与阴囊的正常发育。
（3）维持精子的发生与成熟：这是雄激素的主要生理作用之一。睾丸的支持细胞在腺垂体分泌的卵泡刺激素(follicle-stimulating hormone，FSH)的作用下生成雄激素结合蛋白(androgen-binding protein，ABP)，它与睾酮和双氢睾酮的亲和力很强。睾酮进入曲细精管后与之结合，ABP将睾酮运送到精原细胞与精母细胞并释放睾酮，睾酮进入靶细胞，促进生精细胞的分化和精子的生成过程。部分睾酮也在5α-还原酶的作用下转变为DHT，与ABP结合后运送到生殖细胞，促进精子发生。此外，附睾是精子成熟的场所，其功能的完整性也很大程度取决于附睾中的雄激素含量。因此，睾酮对于维持正常的精子发生和成熟都是至关重要的。
（4）促进与维持男性第二性征和性功能：青春期开始后，男性在雄激素的影响下逐渐发展并维持男性的第二性征，如骨骼粗壮、肌肉发达、肌力增强、体毛生长并呈男性分布、喉结突起、发音低沉、皮脂腺分泌增多等等。雄激素对于男性的性功能包括性欲的维持也是非常重要的。成年后切除睾丸，第二性征将逐渐退化，性欲显著降低。
（5）参与性激素分泌的调节：雄激素（主要是睾酮）通过负反馈抑制腺垂体分泌促性腺激素，从而参与下丘脑-垂体-睾丸轴的功能调节，降低促性腺激素对雄激素生成的刺激作用，维持血液中雄激素水平的稳定。
（6）促进同化代谢：在摄入适量蛋白质的基础上，睾酮可加强蛋白质的合成并抑制其分解，从而促进正氮平衡，加速机体生长。雄激素能促进骨质合成，也参与水和电解质的代谢。此外，睾酮还有促进红细胞的生成、增加免疫球蛋白的合成、使基础代谢率升高等效应。
3．抑制素 男性的抑制素(inhibin)由睾丸曲细精管的支持细胞分泌。抑制素各由一个a亚单位（分子量18000）和b亚单位（分子量14000）组成。b亚单位有两种即bA和bB，分别构成抑制素A(abA)和抑制素B(abB)两种形式。两种抑制素可直接作用于腺垂体，对垂体的FSH的分泌有强烈的抑制作用，从而参与下丘脑-垂体-睾丸轴的调节功能。此外，在性腺中还存在着与抑制素结构相近但功能相反的物质，称为激活素(activin)，可刺激FSH的分泌。
二、睾丸功能的调节
(Regulation of testicular function)
睾丸功能的启动和维持均依赖于内分泌调节。下丘脑和腺垂体以及睾丸构成下丘脑-腺垂体-睾丸轴调节系统。下丘脑-腺垂体分泌促性腺激素调节睾丸的功能，睾丸分泌的激素则通过反馈机制影响下丘脑和腺垂体，从而维持睾丸功能特别是激素功能的动态平衡。该内分泌轴在睾丸功能的调节中发挥中心作用。此外，睾丸局部的调节机制也影响睾丸的功能。
下丘脑分泌的促性腺激素释放激素(gonadotropin-re1easing hormone，GnRH)作用于腺垂体，促进腺垂体促性腺激素细胞合成和分泌FSH与黄体生成素(luteinizing hormone，LH)。FSH作用于精曲小管的支持细胞，LH则主要影响间质细胞，因此又称间质细胞刺激素(interstitial cell-stimulating hormone，ICSH)，调节间质细胞的雄激素生成，以维持精子的发生。FSH与LH分别与靶细胞上的受体结合，触发靶细胞的一系列反应，发挥精子生成和激素分泌功能。
(一) 精子发生功能的调节
LH和FSH都参与精子发生过程的调节（图13-4）。LH刺激间质细胞产生睾酮，通过睾酮实现对完整和持续的精子发生的支持作用。FSH则调控精原细胞的分化与增殖。两者协同调控精子发生功能。实验提示FSH在精子发生过程中发挥始动作用，睾酮则有维持精子发生的效应。
FSH与支持细胞膜上的FSH受体结合后，通过蛋白激酶A系统实现对支持细胞的调控，主要是促进支持细胞内蛋白质的合成过程，特别是ABP的产生和分泌，从而促进雄激素向曲细精管的转运、调控精子发生功能。
此外，适当水平的催乳素可促进精子的发生。睾丸局部的与激素产生和精子的发生非特异相关的酶或因子如各种生长因子也被认为参与了睾丸功能的调节过程。
（二）激素分泌的调节
睾丸持续的雄激素分泌功能主要受LH的调控。下丘脑产生的GnRH作用于腺垂体，腺垂体分泌LH，LH与间质细胞膜上的LH受体结合，经信号转导系统，触发间质细胞的反应，睾酮合成和分泌增加。与此同时，负反馈机制对维持下丘脑-垂体-睾丸轴的动态平衡起重要作用。升高的雄激素作为抑制性信号，作用于垂体和下丘脑，降低GnRH和LH的分泌，从而使雄激素的水平维持在正常的水平。垂体两种促性腺激素受负反馈调节的机制可能不同，FSH主要受抑制素调节控制，LH主要受雄激素的负反馈调节。
此外，情绪以及环境等的变化可通过大脑皮层转化为神经内分泌信号，影响下丘脑-垂体-睾丸轴的功能。
三、阴茎勃起和射精
(Erection and ejaculation)
正常性生活分为3个阶段，即准备阶段、性交阶段和结束阶段，它们是连续发生与发展的。阴茎的勃起和射精是男性性功能正常的重要表现。其过程不仅需要神经系统、血管系统、内分泌系统及生殖器官的协同作用，而且要有健全的精神心理状态才能正常进行。
（一）阴茎勃起
阴茎勃起(erection)是在各级神经的支配下，动脉血流增加，阴茎动脉扩张，海绵体组织充血，压力升高使阴茎由萎软状态转为勃起的过程。阴茎勃起可以由大脑皮质的刺激引起（精神性勃起）和外生殖器局部机械性刺激引起（反射性勃起）。阴茎受交感神经肾上腺素能纤维与副交感神经胆碱能纤维的双重支配，副交感神经纤维释放乙酰胆碱和血管活性肠肽(VIP)，使阴茎内血管舒张。勃起反射发生时，副交感舒血管神经活动增强，使阴茎小动脉血管舒张，导致阴茎海绵体组织充血。此外非胆碱能和非肾上腺素能纤维中含有一氧化氮合酶（NOS），可催化一氧化氮(NO)的形成。NO激活鸟苷酸环化酶，使cGMP生成增加，cGMP具有强烈的舒血管效应。在动物实验中，注射NO合酶抑制剂可以阻止刺激盆神经引起的勃起。交感神经缩血管纤维的传出冲动可以终止勃起。勃起时阴茎静脉受压，血液回流受阻，可进一步促进勃起。同时勃起发生时尿道球腺等分泌少量黏液，可经尿道口排出，起润滑作用。阳萎（impotence）是指性交时阴茎不能有效地勃起，致性交不能满足。引起阳萎的原因比较复杂，男性学一般将引起阳萎的原因分为精神性原因（又叫心理性或功能性）和器质性原因（包括：血管性、神经性、内分泌性及药物性阳萎等）。
（二）射精
射精(ejaculation)是性交过程中将精液排出体外的过程。射精过程分为泄精(emission)和排射(expulsion)两个生理过程。当腹下神经丛及膀胱丛兴奋时，附睾、精囊、前列腺等分泌增加，精子与其分泌液混合成为精液，同时附睾、输精管和精囊壁的平滑肌收缩，将精液泄入后尿道中，此过程为泄精。由于储存在后尿道的精液量增加，触发阴部神经的反射性活动，使尿道周围及会阴部肌群发生节律性收缩，强力压迫尿道出现性高潮(orgasm)而使精液排射出尿道。男性性交时，有正常的性感高潮和射精，但精液没有向前从尿道射出，而是从尿道向后射入了自己的膀胱内，此现象称为逆行射精(retrograde ejaculation)。导致逆行射精的主要原因是膀胱内括约肌功能紊乱。在正常情况下，随着射精动作出现的一瞬间，膀胱内括约肌应同时收缩，从而关闭了尿道和膀胱的通路，迫使精液从后尿道向前射出。当膀胱和尿道炎症或前列腺、膀胱、直肠手术后，有时会引起局部神经支配失调，使膀胱内括约肌关闭不紧或无法关闭，射出的精液便逆向射入膀胱。逆行射精不影响性生活，但可以造成不育。遗精(spermatorrhea)是指在无性交活动的情况下发生的一种射精，它可以发生在睡眠状态中，或者发生在清醒状态时，是未婚男子常见的生理现象。
第二节 女性生殖
(Female reproduction)
女性生殖主要包括卵子发生(oogenesis)、激素分泌和妊娠以及分娩等功能活动。女性生殖系统的活动在下丘脑-腺垂体-卵巢轴(hypothalamus-adenohypophysis-ovaries axis)系统的调控下，呈现明显的周期性变化特征。因此，又称这种周期性的活动为性周期。女性性周期有子宫内膜的剥落形成生理性的出血现象，即月经(menstruation)，所以性周期又称月经周期(menstruation cycle)。