睾丸功能及其调节

成年人的睾丸重约20～40g，主要由几百条直径约150～205μm、长约50～80cm的曲精细管组成，这是产生精子的部位。曲精细管之间有间隙细胞，与附近的毛细血管或淋巴管密切接触，有分泌雄激素的功能。它们分泌的雄激素一方面可经血管到体循环，对远隔的器官起作用，同时也可经淋巴到达曲精管、附睾等部位，调节生精功能。在男性，生殖功能并不象女性那样到一定年龄就突然停止。不过随年龄的增加，睾丸的生精和内分泌功能都下降。一般在55岁后精液中活动精子的百分数已减少，80岁后仅在50%的精液样本中发现有精子，此时血中睾丸酮的浓度也仅及壮年时的一半。
睾丸的生精功能 曲精细管由生精细胞和支柱细胞构成。最原始的生精细胞称为精原细胞。精原细胞分为A、B两型；其中A型又分为Ad和Ap型。一般认为Ad型的精原细胞为生精干细胞，它通过有丝分裂再生成Ad型和Ap型细胞，而Ap型细胞又分裂和分化形成B型精原细胞，B型精原细胞又经过多次分裂和分化依次形成初级和次级精母细胞。次级精母细胞通过减数分裂产生单倍体的精子细胞，其中半数含有X性染色体，受精后将产生女婴；另半数含有Y性染色体，受精后将产生男婴。精子细胞最后经过变形转变为成熟精子。在人类，生精过程约需64天，由许多生精干细胞同时或同步发生分裂。在生精过程中处于同一发育阶段的细胞，称为一代。一般生精上皮常由5～6代生精细胞构成。生精细胞乃处于支柱细胞的胞浆之中，逐步发育成为精子。形成精子之后，支柱细胞即将精子释放入曲精细管的管腔中。支柱细胞还可能有吞噬（或吸收）精子细胞残体和变性精子的作用。
睾丸的内分泌功能 睾丸分泌的激素以雄激素为主，也分泌小量雌激素与抑素。雄激素主要是在间隙细胞中合成的，支柱细胞可能是雌激素与抑素的合成部位。雄激素中，以睾丸酮最多，作用也最强，还分泌活性较弱的去氢异雄酮和雄烯二酮，若睾丸酮的活性为100，则去氢异雄酮的活性为16，而雄烯二酮的活性为12。睾丸间质细胞主要以血浆中的脂肪酸为原料，在细胞内先合成胆固醇。胆固醇通过羟化、侧链裂解形成孕烯醇酮，然后可通过两条途径合成睾丸酮：
❶△⁴途径： 孕烯醇酮—→孕酮—→17α羟孕酮—→雄烯二酮—→睾丸酮。
❷△⁵途径：孕烯醇酮—→17α羟孕烯醇酮—→去氢异雄酮—→雄烯二醇—→睾丸酮。
一般认为△⁵途径是主要的途径。睾丸每24小时分泌睾丸酮3～10mg。在精索静脉血中睾丸酮的浓度约为250～1300ng/100ml。在血液中的睾丸酮，97～99%是与性激素结合球蛋白或血浆白蛋白结合的，游离的仅占1～3%。一般认为，只有游离雄激素才有生物学作用。睾丸酮是生精过程所不可缺少的激素，此外还有广泛的生物学作用。其主要作用之一是，刺激雄性附属生殖器官的发育和第二性征的出现。在青春期，附属生殖器官对睾丸酮的刺激特别敏感，随着睾丸酮分泌量的增加而阴茎长大，勃起功能增强；同时阴囊增大，前列腺、精囊也开始生长； 阴毛、腋毛、胡须开始出现，发型及胸毛的分布发生改变，声带变宽增长，声调由细变粗，汗腺和皮脂腺分泌增多，呈现男性体型。睾丸酮的另一主要作用是促进蛋白质的合成，造成氮潴留，使肌肉、骨胳等器官增重； 还能促进促红细胞生成素的生成，也直接刺激骨髓中血细胞的生成。睾丸酮对于性中枢的分化，性欲与性行为的控制也有重要作用。切除双侧睾丸，性欲显著降低。雄性生殖活动是持续性的，不表现出周期性活动，这可能是由于睾丸酮的作用使下丘脑“周期中枢”的功能活动受阻所致。睾丸酮到达靶细胞后通过扩散进入细胞。很多睾丸酮的靶器官(如前列腺、精囊、阴茎、皮肤、腺垂体、肝脏等)细胞中有5α-还原酶，将睾丸酮还原成5α-双氢睾酮(DHT)，然后与胞浆中的受体结合成为活化的激素受体复合物，此复合物再进入细胞核，DHT与染色质上的接受位点结合，导致RNA和蛋白质合成，从而显示其生物作用。但在另一些靶细胞（如肌肉），睾丸酮可直接与胞浆受体结合而发挥其作用。睾丸酮可以被靶器官转化为其他代谢产物，也可在外周被转化为雌激素。此外，在肝脏中睾丸酮的A环被还原，并在17β-羟脱氢酶的作用下转变为17-酮类固醇，然后与葡萄糖醛酸或硫酸结合由尿中排出。尿中的17-酮类固醇有30%来自睾丸。
成年男人睾丸分泌雌二醇每天约10～15μg，但在外周还有部分睾丸酮转化为雌二醇。抑素是抑制腺垂体分泌卵泡刺激素(FSH)的一种蛋白质激素，它可能阻滞下丘脑释放的促性腺素释放激素(GnRH)对垂体的作用。
睾丸功能的调节 睾丸的生精与内分泌功能在下丘脑-垂体-睾丸轴的调节下，维持相对稳定，并适应内外环境的变化。
在生精过程中，在形成初级精母细胞之前可能不需要任何激素； 由初级精母细胞发育到次级精母细胞需要有睾丸酮，由次级精母细胞形成精细胞以进一步成为精子的过程，则需要有腺垂体分泌的FSH和黄体生成素(LH)，而精子成熟仍需要有睾丸酮。因此，切除垂体的动物给予FSH可使生精过程得到一定程度的恢复，而同时给予大量睾丸酮才能使生精过程近于正常。LH则可能是通过刺激睾丸酮的分泌而产生作用，此外，LH有可能作用于支柱细胞，刺激精子释放入曲精细管。人胎盘产生的绒毛膜促性腺激素有与LH类似的作用，可使一些两栖类动物释放精子，可以利用这一原理帮助诊断早期妊娠。
腺垂体主要是分泌LH以刺激睾丸酮的分泌。临床上偶见单纯缺乏LH分泌的病人，他们的睾丸间隙细胞不发育，完全不分泌雄激素，缺乏男性第二性征。动物实验证明，FSH可增强LH刺激间隙细胞分泌睾丸酮的作用。下丘脑对睾丸功能的调节是通过分泌GnRH，经垂体门脉到达腺垂体以促进LH和FSH的分泌，从而作用于睾丸的。另一方面，睾丸酮对于下丘脑分泌GnRH有负反馈作用，最近证明，在下丘脑和腺垂体中，睾丸酮能转变为雌激素，而雌激素明显地抑制GnRH的释放，并可改变腺垂体对GnRH的反应性，从而抑制睾丸酮的生成起到负反馈作用。睾丸分泌的雌激素也可能通过同样途径在实现负反馈调节中有一定作用。睾丸酮本身也有可能直接抑制下丘脑和腺垂体。