liceo scientifico statale leonardo da vinci di firenze corso sperimentale f docente prof. enrico...
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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