background image

Endocrine physiology - Reproductive physiology                    Dr. Ghassan lec. 2 
 

1

 

 

Reproductive  and  Hormonal  Functions  of  the 
Male: 

The  reproductive  functions  of  the  male  can  be  divided  into 
three  major  subdivisions:  (1)  spermatogenesis,  which  means 
simply  the  formation  of  sperm;  (2)  performance  of  the  male 
sexual act; and (3) regulation of male reproductive functions by 
the various hormones.  
Physiologic Anatomy of the Male Sexual Organs

 

 
Spermatogenesis 
During  formation  of  the  embryo  the  testes  contain  immature 
germ cells called spermatogonia which lie in two or three layers 
of  the  inner  surfaces  of  the  seminiferous  tubules.  The 
spermatogonia begin to undergo mitotic division, beginning at 
puberty,  and  continually  proliferate  and  differentiate  through 
definite stages of development to form sperm 
 Steps of Spermatogenesis 


background image

Endocrine physiology - Reproductive physiology                    Dr. Ghassan lec. 2 
 

2

 

 

Spermatogenesis  occurs  in  the  seminiferous  tubules  during 
active  sexual  life  as  the  result  of  stimulation  by  anterior 
pituitary gonadotropic hormones, beginning at an average age 
of  13  years  and  continuing  throughout  most  of  the  remainder 
of life but decreasing markedly in old age. In the first stage of 
spermatogenesis,  the  spermatogonia  migrate  among  Sertoli 
cells 
toward the central lumen of the seminiferous tubule.  
 
Meiosis:  
Spermatogonia  that  become  progressively  modified 
and  enlarged  to  form  large  primary  spermatocytes.  Each  of 
these,  in  turn,  undergoes  meiotic  division  to  form  two 
secondary  spermatocytes.  After  another  few  days,  these  too 
divide  to  form  spermatids  that  are  eventually  modified  to 
become spermatozoa (sperm). 
During  the  change  from  the  spermatocyte  stage  to  the 
spermatid  stage,  the  46  chromosomes  (23  pairs  of 
chromosomes)  of  the  spermatocyte  are  divided,  so  that  23 
chromosomes  go  to  one  spermatid  and  the  other  23  to  the 
second spermatid. This also divides the chromosomal genes so 
that only one half of the genetic characteristics of the eventual 
fetus  are  provided  by  the  father,  while  the  other  half  are 
derived  from  the  oocyte  provided  by  the  mother.  The  entire 
period 

of 

spermatogenesis, 

from 

spermatogonia 

to 

spermatozoa, takes about 74 days. 


background image

Endocrine physiology - Reproductive physiology                    Dr. Ghassan lec. 2 
 

3

 

 

 

In each spermatogonium, one of the 23 pairs of chromosomes 
carries the genetic information that determines the sex of each 
eventual  offspring.  This  pair  is  composed  of  one  X 
chromosome, which is called the female chromosome, and one 
Y chromosome, the male chromosome. During meiotic division, 
the  male  Y  chromosome  goes  to  one  spermatid  that  then 
becomes a male sperm, and the female X chromosome goes to 
another spermatid that becomes a female sperm.  
 
Formation  of  Sperm:  
When  the  spermatids  are  first  formed, 
they still have the usual characteristics of epithelioid cells, but 
soon  they  begin  to  differentiate  and  elongate  into 
spermatozoa.  The  head  comprises  the  condensed  nucleus  of 
the  cell  with  only  a  thin  cytoplasmic  and  cell  membrane  layer 
around its surface. On the outside of the anterior two thirds of 
the  head  is  a  thick  cap  called  the  acrosome  that  is  formed 
mainly  from  the  Golgi  apparatus.  This  contains  a  number  of 
enzymes  that  play  important  roles  in  allowing  the  sperm  to 
enter the ovum and fertilize it. The tail of the sperm, called the 
flagellum,  which  is  used  for  sperm  movement  (flagellar 
movement). The energy for this process is supplied in the form 


background image

Endocrine physiology - Reproductive physiology                    Dr. Ghassan lec. 2 
 

4

 

 

of  ATP  that  is  synthesized  by  the  mitochondria  in  the  body  of 
the tail. Normal sperm move in a fluid medium at a velocity of 1 
to  4  mm/min.  This  allows  them  to  move  through  the  female 
genital tract in quest of the ovum. 

 

 

Hormonal Factors That Stimulate Spermatogenesis 
Several  hormones  play  essential  roles  in  spermatogenesis. 
Some of these are as follows: 
1.  Testosterone,  secreted  by  the  Leydig  cells  located  in  the 
testis,  is  essential  for  growth  and  division  of  the  testicular 
germinal cells, which is the first stage in forming sperm. 
2. Luteinizing hormone, secreted by the anteriorpituitary gland, 
stimulates the Leydig cells to secrete testosterone. 
3.  Follicle-stimulating  hormone  FSH,  also  secreted  by  the 
anterior pituitary gland, stimulates the Sertoli cells; without this 
stimulation,  the  conversion  of  the  spermatids  to  sperm  (the 
process of spermiogenesis) will not occur. 
4.  Estrogens,  formed  from  testosterone  by  the  Sertoli  cells 
when  they  are  stimulated  by  FSH  hormone,  are  probably  also 
essential for spermiogenesis. 

5.  G

rowth  hormone  (as  well  as  most  of  the  other  body 

hormones)  is  necessary  for  controlling  background  metabolic 
functions of the testes. Growth hormone specifically promotes 
early  division  of  the  spermtogonia  themselves;  in  its  absence, 
as in pituitary dwarfs, spermatogenesis is severely deficient or 
absent, thus causing infertility. 


background image

Endocrine physiology - Reproductive physiology                    Dr. Ghassan lec. 2 
 

5

 

 

Maturation of Sperm in the Epididymis 
After formation in the seminiferous tubules, the sperm require 
several  days  to  pass  through  the  6-meter-long  tubule  of  the 
epididymis. Sperm removed from the seminiferous tubules and 
from  the  early  portions  of  the  epididymis  are  non-motile,  and 
they  cannot  fertilize  an  ovum.  However,  after  the  sperm  have 
been in the epididymis for some 18 to 24 hours, they develop 
the  capability  of  motility.  Even  though  several  inhibitory 
proteins in the epididymal fluid still prevent final motility until 
after ejaculation. 
Storage of Sperm: The two testes of the human adult form up 
to 120 million sperm each day. A small quantity of these can be 
stored  in  the  epididymis,  but  most  are  stored  in  the  vas 
deferens. They can remain stored, maintaining their fertility, for 
at  least  a  month.  During  this  time,  they  are  kept  in  a  deeply 
suppressed  inactive  state  by  multiple  inhibitory  substances  in 
the  secretions  of  the  ducts.  Conversely,  with  a  high  level  of 
sexual activity and ejaculations, storage may be no longer than 
a few days.  
After  ejaculation,  the  sperm  become  motile,  and  they  also 
become  capable  of  fertilizing  the  ovum,  a  process  called 
maturation 
Physiology  of  the  Mature  Sperm:  
The  normal  motile,  fertile 
sperm  are  capable  of  flagellated  movement  though  the  fluid 
medium at velocities of 1 to 4 mm/min. The activity of sperm is 
greatly  enhanced  in  a  neutral  and  slightly  alkaline  medium,  as 
exists in the ejaculated semen, but it is greatly depressed in a 
mildly acidic medium. A strong acidic medium can cause rapid 
death of sperm. The activity of sperm increases markedly with 
increasing  temperature,  but  so  does  the  rate  of  metabolism, 
causing  the  life  of  the  sperm  to  be  considerably  shortened. 
Although  sperm  can  live  for  many  weeks  in  the  suppressed 
state  in  the  genital  ducts  of  the  testes,  life  expectancy  of 
ejaculated sperm in the female genital tract is only 1 to 2 days. 
 


background image

Endocrine physiology - Reproductive physiology                    Dr. Ghassan lec. 2 
 

6

 

 

Function  of  the  Seminal  Vesicles:  Each  seminal  vesicle  is  a 
tortuous tube lined with a secretory epithelium that secretes a 
mucous  material  containing  an  abundance  of  fructose,  citric 
acid
, and other nutrient substances, as well as large quantities 
of  prostaglandins  and  fibrinogen.  During  the  process  of 
emission  and  ejaculation,  each  seminal  vesicle  empties  its 
contents into the ejaculatory duct. This adds greatly to the bulk 
of the ejaculated semen, and the fructose and other substances 
in  the  seminal  fluid  are  of  considerable  nutrient  value  for  the 
ejaculated sperm until one of the sperm fertilizes the ovum. 
 
Function of the Prostate Gland:
 The prostate gland secretes a 
thin,  milky  fluid  that  contains  calcium,  citrate  ion,  phosphate 
ion,  a  clotting  enzyme,  and  a  profibrinolysin.  During  emission, 
the capsule of the prostate gland contracts simultaneously with 
the contractions of the vas deferens so that the thin, milky fluid 
of the prostate gland adds further to the bulk of the semen. A 
slightly alkaline characteristic of the prostatic fluid may be quite 
important for successful fertilization of the ovum, because the 
fluid  of  the  vas  deferens  is  relatively  acidic  owing  to  the 
presence of citric acid and metabolic end products of the sperm 
and,  consequently,  helps  to  inhibit  sperm  fertility.  Also,  the 
vaginal  secretions  of  the  female  are  acidic  (pH  of  3.5  to  4.0). 
Sperm  do  not  become  optimally  motile  until  the  pH  of  the 
surrounding fluids rises to about 6.0 to 6.5. Consequently, it is 
probable  that  the  slightly  alkaline  prostatic  fluid  helps  to 
neutralize  the  acidity  of  the  other  seminal  fluids  during 
ejaculation, and thus enhances the motility and fertility of the 
sperm. 
Semen  
Semen, which is ejaculated during the male sexual act which is 
about  2  to  7ml,  is  composed  of  the  fluid  and  sperm  from  the 
vas  deferens  (about  10  per  cent  of  the  total),  fluid  from  the 
seminal  vesicles  (almost  60  per  cent),  fluid  from  the  prostate 
gland (about 30 per cent), and small amounts from the mucous 


background image

Endocrine physiology - Reproductive physiology                    Dr. Ghassan lec. 2 
 

7

 

 

glands,  especially  the  bulbourethral  glands.  Thus,  the  bulk  of 
the  semen  is  seminal  vesicle  fluid,  which  is  the  last  to  be 
ejaculated  and  serves  to  wash  the  sperm  through  the 
ejaculatory duct and urethra. 
The  average  pH  of  the  combined  semen  is  about  7.5,  the 
alkaline  prostatic  fluid  having  more  than  neutralized  the  mild 
acidity  of  the  other  portions  of  the  semen.  The  prostatic  fluid 
gives  the  semen  a  milky  appearance.  Also,  a  clotting  enzyme 
from  the  prostatic  fluid  causes  the  fibrinogen  of  the  seminal 
vesicle  fluid  to  form  a  weak  fibrin  coagulum  that  holds  the 
semen  in  the  deeper  regions  of  the  vagina  where  the  uterine 
cervix  lies.  The  coagulum  then  dissolves  during  the  next  15  to 
30  minutes  because  of  lysis  by  fibrinolysin  formed  from  the 
prostatic profibrinolysin. In the early minutes after ejaculation, 
the sperm remain relatively immobile, possibly because of the 
viscosity  of  the  coagulum.  As  the  coagulum  dissolves,  the 
sperm simultaneously become highly motile. 
Although  sperm  can  live  for  many  weeks  in  the  male  genital 
ducts, once they are ejaculated in the semen, their maximal life 
span  is  only  24  to  48  hours  at  body  temperature.  At  lowered 
temperatures,  however,  semen  can  be  stored  for  several 
weeks, and when frozen at temperatures below -100°C, sperm 
have been preserved for years. 
 
Erection, Emission, and Ejaculation: The Male Sexual Act: 
Erection, 
accompanied by increases in the length and width of 
the penis, is achieved as a result of blood flow into the “erectile 
tissues” of the penis. These erectile tissues include two paired 
structures—the corpora cavernosa—located on the dorsal side 
of  the  penis,  and  one  unpaired  corpus  spongiosum  on  the 
ventralside. The urethra runs through the center of the corpus 
spongiosum. The erectile tissue forms columns that extend the 
length of the penis. 


background image

Endocrine physiology - Reproductive physiology                    Dr. Ghassan lec. 2 
 

8

 

 

 

Erection  is  achieved  by  parasympathetic  nerve-induced 
vasodilation  of  arterioles  that  allows  blood  to  flow  into  the 
corpora  cavernosa  of  the  penis.  The  neurotransmitter  that 
mediates this increased blood flow is now believed to be nitric 
oxide. As the erectile tissues become engorged with blood and 
the penis becomes turgid, venous  outflow of blood is partially 
occluded, thus aiding erection.  
The term  emission  refers to the  movement of semen into the 
urethra,  and  ejaculation  refers  to  the  forcible  expulsion  of 
semen  from  the  urethra  out  of  the  penis.  Emission  and 
ejaculation are stimulated by sympathetic nerves, which cause 
peristaltic  contractions  of  the  tubular  system,  contractions  of 
the seminal vesicles and prostate, and contractions of muscles 
at  the  base  of  the  penis.  Sexual  function  in  the  male  thus 
requires the synergistic action (rather than antagonistic action) 
of the parasympathetic and sympathetic systems. 
Erection  is  controlled  by  two  portions  of  the  central  nervous 
system—the hypothalamus in the brain and the sacral portion 
of the spinal cord. Conscious sexual thoughts originating in the 
cerebral  cortex  act  via  the  hypothalamus  to  control  the  sacral 
region,  which  in  turn  increases  parasympathetic  nerve  activity 
to promote vasodilatation and erection of the penis.  
 
Testosterone
The  testes  secrete  several  male  sex  hormones,  which  are 
collectively  called  androgens.  Testosterone  is  eventually 
converted  into  the  more  active  hormone  dihydrotestosterone 
in the target tissues. 


background image

Endocrine physiology - Reproductive physiology                    Dr. Ghassan lec. 2 
 

9

 

 

Testosterone is formed by the interstitial cells of Leydig, which 
lie  in  the  interstices  between  the  seminiferous  tubules  and 
constitute  about  20  per  cent  of  the  mass  of  the  adult  testes. 
Leydig  cells  are  almost  nonexistent  in  the  testes  during 
childhood when the testes secrete almost no testosterone, but 
they are numerous in the newborn male infant for the first few 
months of life and in the adult male any time after puberty; at 
both  these  times  the  testes  secrete  large  quantities  of 
testosterone. 

Functions of Testosterone

A- Functions of Testosterone during Fetal Development: 

Testosterone  secreted  first  by  the  genital  ridges  and  later  by 
the fetal testes is responsible for the development of the male 
body  characteristics,  including  the  formation  of  a  penis  and  a 
scrotum rather than formation of a clitoris and a vagina. Also, it 
causes  formation  of  the  prostate  gland,  seminal  vesicles,  and 
male  genital  ducts,  while  at  the  same  time  suppressing  the 
formation of female genital organs. 
Testosterone  begins  to  be  elaborated  by  the  male  fetal  testes 
at about the seventh week of embryonic life.  
Also  Testosterone  causes  descent  of  the  testes.  
The  testes 
usually descend into the scrotum during the last 2 to 3 months 
of  gestation  when  the  testes  begin  secreting  reasonable 
quantities of testosterone. The process of tsetse decent needs 
normal amount of testosterone.  
 

B- Effect of Testosterone on Development of Adult Primary 

and Secondary Sexual Characteristics 
After  puberty,  the  increasing  amounts  of  testosterone 
secretion cause the penis, scrotum, and testes to enlarge about 
eightfold before the age of  20 years. In addition, testosterone 
causes  the  secondary  sexual  characteristics  of  the  male  to 
develop,  beginning  at  puberty  and  ending  at  maturity.  These 
secondary  sexual  characteristics,  in  addition  to  the  sexual 
organs themselves, distinguish the male from the female.  


background image

Endocrine physiology - Reproductive physiology                    Dr. Ghassan lec. 2 
 

11

 

 

 

*Effect  on  the  Distribution  of  Body  Hair:  Testosterone 
decreases  the  growth  of  hair  on  the  top  of  the  head;  a  man 
who  does  not  have  functional  testes  does  not  become  bald. 
However,  many  virile  men  never  become  bald  because 
baldness  is  a  result  of  two  factors:  first,  a  genetic  background 
for the development of baldness and, second, superimposed on 
this  genetic  background,  large  quantities  of  androgenic 
hormones
.  
*Effect  on  the  Voice:  Testosterone  causes  hypertrophy  of  the 
laryngeal 

mucosa 

and 

enlargement 

of 

the 

larynx. 

*Testosterone  Increases  Thickness  of  the  Skin  and  Can 
Contribute  to  Development  of  Acne
:  Testosterone  increases 
the thickness of the skin over the entire body and increases the 
ruggedness  of  the  subcutaneous  tissues.  Testosterone  also 
increases  the  rate  of  secretion  of  all  the  body’s  sebaceous 
glands.  Especially  important  is  excessive  secretion  by  the 
sebaceous glands of the face, because this can result in acne.  
*Testosterone  Increases  Protein  Formation  and  Muscle 
Development:
 One of the most important male characteristics 
is  development  of  increasing  musculature  after  puberty, 
averaging  about  a  50  per  cent  increase  in  muscle  mass  over 
that in the female. This is associated with increased protein in 


background image

Endocrine physiology - Reproductive physiology                    Dr. Ghassan lec. 2 
 

11

 

 

the non-muscle parts of the body as well. Many of the changes 
in the skin are due to deposition of proteins in the skin, and the 
changes  in  the  voice  also  result  partly  from  this  protein 
anabolic function of testosterone. 
*Testosterone  Increases  Bone  Matrix  and  Causes  Calcium 
Retention:  
After  the  great  increase  in  circulating  testosterone 
that occurs at puberty the bones grow considerably thicker and 
deposit 

considerable 

additional 

calcium 

salts. 

Thus, 

testosterone  increases  the  total  quantity  of  bone  matrix  and 
causes  calcium  retention.  The  increase  in  bone  matrix  is 
believed to result from the general protein anabolic function of 
testosterone plus deposition of calcium salts in response to the 
increased protein. 
Testosterone  has  a  specific  effect  on  the  pelvis  to  narrow  its 
outlet and lengthen it. In the absence of testosterone, the male 
pelvis develops into a pelvis that is similar to that of the female. 
The  testosterone  also  causes  the  epiphyses  of  the  long  bones 
to unite with the shafts of the bones at an early age. Therefore, 
despite  the  rapidity  of  growth,  this  early  uniting  of  the 
epiphyses prevents the person from growing tall.  
*Testosterone Increases Basal Metabolism: the usual quantity 
of testosterone secreted by the testes during adolescence and 
early adult life increases the  rate of metabolism some 5 to 10 
per cent above the value that it would be were the testes not 
active. 
*Effect on Red Blood Cells: the average man has about 700,000 
more  red  blood  cells  per  cubic  millimeter  than  the  average 
woman so the level of Hb is higher. This difference may be due 
partly to the increased metabolic rate by testosterone and may 
be  from  the  direct  effect  of  testosterone  on  red  blood  cell 
production. 
 
Control  of  Male  Sexual  Functions  by  Hormones  from  the 
Hypothalamus and Anterior Pituitary Gland
: A major share of 
the control of sexual functions in both the male and the female 


background image

Endocrine physiology - Reproductive physiology                    Dr. Ghassan lec. 2 
 

12

 

 

begins  with  secretion  of  gonadotropin-releasing  hormone 
(GnRH) 
by the hypothalamus. This hormone in turn stimulates 
the  anterior  pituitary  gland  to  secrete  two  other  hormones 
called gonadotropic hormones: (1) luteinizing hormone (LH) and 
(2) follicle-stimulating hormone (FSH). In turn, LH is the primary 
stimulus  for  the  secretion  of  testosterone  by  the  testes,  and 
FSH mainly stimulates spermatogenesis. 
Gonadotropic Hormones: LH and FSH 
Both of the gonadotropic hormones, LH and FSH, are secreted 
by the same cells, called gonadotropes, in the anterior pituitary 
gland.  In  the  absence  of  GnRH  secretion  from  the 
hypothalamus, the gonadotropes in the pituitary gland secrete 
almost no LH or FSH. LH and FSH are glycoproteins. They exert 
their  effects  on  their  target  tissues  in  the  testes  mainly  by 
activating  the  cyclic  adenosine  monophosphate  second 
messenger  system
,  which  in  turn  activates  specific  enzyme 
systems in the respective target cells. 

 


background image

Endocrine physiology - Reproductive physiology                    Dr. Ghassan lec. 2 
 

13

 

 

 

 

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 7 أعضاء و 142 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل