Asse diencefalo-ipofisi-ovaio: il ciclo mestruale e le amenorree

1. Asse diencefalo-ipofisi-ovaio: il ciclo mestruale e le amenorree Prof. Guido Ambrosini Università degli Studi di Padova

2. Ormoni coinvolti nel controllo della funzione riproduttiva La funzione riproduttiva nella donna è regolata dall’asse IPOTALAMO-IPOFISI-OVAIO, pertanto le sostanze chiamate in causa in tale regolazione sono: ORMONI IPOFISARI ORMONI OVARICI Def. di ormone: sostanza chimica prodotta da ghiandole a secrezione interna che viene riversata nel sangue e agisce influenzando e comandando l’attività funzionale di organi e tessuti bersaglio.

3. Asse ipotalamo-ipofisi-ovaio

4. ORMONI IPOFISARI Le gonadotropine ipofisarie sono 2: FSH ed LH Sono glicoproteine dotate di due subunità: • la subunità α è aspecifica e comune anche all’hCG e al TSH • la subunità β è ormono-specifica Questi ormoni sono secreti con pattern pulsatile: le pulsazioni dell’LH mutano a seconda della fase del ciclo: in fase follicolare la frequenza è di un ‘pulse’ ogni 60-80 min., mentre in fase luteinica la frequenza si riduce progressivamente.

5. Durante la vita fetale FSH ed LH sono molto elevati e raggiungono un apice verso la 20° s.g. • Alla nascita si elevano transitoriamente per poi ridiscendere l’LH verso il 4° mese e l’FSH verso il 4° anno di vita • Per tutta l’età infantile le gonadotropine sono molto basse • Alla pubertà i valori di gonadotropine si elevano, dapprima soltanto durante le ore di sonno. Nel corso della vita riproduttiva i valori oscillano ciclicamente • In menopausa entrambe le gonadotropine aumentano: l’FSH mostra elevazioni superiori rispetto all’LH

6. ORMONI IPOFISARI Un altro ormone ipofisario è la prolattina: la sua secrezione segue un ritmo pulsatile sincrono con quello dell’LH. La sua azione si esplica sull’ovaio e sulla mammella: • sull’ovaio ha effetto luteotropo, mantenendo i recettori per l’LH sulle cellule • a livello della mammella induce la trascrizione dei geni della caseina e dell’ α-lattalbumina

7. La PRL ha effetti fisiologici sull’ovaio; paradossalmente l’iperprolattinemia ha un’azione deleteria sulla funzione ovarica: • in una prima fase blocca la sintesi di progesterone, causando ipoluteinismo • successivamente inibisce l’azione dell’FSH sulle cellule della granulosa, inibendo la steroidogenesi e quindi prevenendo l’ovulazione • infine produce amenorrea

8. La produzione di PRL dipende da numerosi fattori: dopamina ormoni tiroidei androgeni glucocorticoidi serotonina TRH oppioidi endogeni estrogeni FATTORI INIBENTI FATTORI STIMOLANTI

9. ORMONI OVARICI Nella donna l’ovaio è la principale ghiandola endocrina deputata alla sintesi degli steroidi sessuali. La steroidogenesi si svolge nelle cellule della granulosa, nelle cellule della teca interna e nelle cellule interstiziali. Gli ormoni prodotti sono estrogeni, androgeni e progestinici.

10. Tutte e tre le classi ormonali prodotte dall’ovaio condividono la stessa struttura biochimica: l’anellociclopentanoperidrofenantrenico (dal colesterolo). La principale differenza chimica che permette di raggruppare questi ormoni in tre classi distinte è il numero di atomi di carbonio che li costituisce: • 21 atomi di carbonio (C21)  progestinici • 19 atomi di carbonio (C19)  androgeni • 18 atomi di carbonio (C18)  estrogeni La tappa principale della steroidogenesi ovarica è la trasformazione del colesterolo in pregnenolone. A partire da questo ormone, la steroidogenesi può proseguire attraverso due vie diverse: Δ4 e Δ5.

11. Androstenedione e testosterone, prodotti ultimi rispettivamente della via Δ4 e Δ5 vengono convertiti rapidamente in estrone ed estradiolo, attraverso un processo detto aromatizzazione.

12. Meccanismo d’azione degli ormoni steroidei • gli steroidi sessuali penetrano nelle cellule bersaglio • contraggono un legame reversibile con recettori specifici localizzati nel nucleo • il recettore dopo il legame con l’ormone ha una più alta affinità per siti nucleari chiamati ‘estrogen response elements’ • la doppia elica del DNA si svolge rendendo disponibile la trascrizione dei geni

13. Effetti degli ormoni sessuali ESTRADIOLO: è il principale estrogeno sintetizzato ed escreto dall’ovaio. La sua sintesi deriva dal sinergismo tra cellule tecali e cellule della granulosa: in sede tecale sono infatti prodotti i precursori androgenici che verranno successivamente aromatizzati nella granulosa. I suoi effetti a livello cellulare sono di tipo metabolico e mitogenico, inducendo da un lato vie enzimatiche specifiche e dall’altro proliferazione cellulare. ESTROGENI

14. ESTRONE: è il principale estrogeno in età menopausale ESTRIOLO: è l’estrogeno presente in maggior quantità nell’urina, in quanto è uno dei prodotti del metabolismo epatico di estradiolo ed estrone. La sua attività biologica è limitata dalla breve durata del legame estriolo-recettore, per cui svolgerebbe piuttosto un’azione anti-estrogenica (che lo renderebbe protettivo nei confronti di alcune patologie ormono-dipendenti, come il carcinoma mammario), tuttavia le sue elevate concentrazioni gli conferiscono un’azione estrogenica sovrapponibile agli altri ormoni della stessa classe.

15. Effetti degli ormoni sessuali PROGESTERONE E’ secreto dall’ovaio durante tutto il ciclo, ma la sua produzione e quindi la sua concentrazione rimangono basse fino a dopo l’ovulazione. La luteinizzazione delle cellule della granulosa comporta la formazione di elementi cellulari deputati espressamente alla sintesi del progesterone.

16. Effetti degli ormoni sessuali ANDROGENI TESTOSTERONE: è l’androgeno per antonomasia. Nella donna viene prodotto per il 25% dall’ovaio, per il 25% dal surrene e per il 50% dalla conversione periferica dell’androstenedione. Il testosterone come tale è attivo soltanto per la differenziazione in senso maschile delle vie genitali nell’organogenesi (differenziazione dei dotti di Wolff). Per tutte le altre azioni necessita della trasformazione nel suo metabolita più attivo, il diidrotestosterone (DHT)tramite la 5α-reduttasi.

17. ANDROSTENEDIONE: è prodotto in ugual misura dall’ovaio e dal surrene. A livello ovarico sembra essere sintetizzato soprattutto a livello delle cellule tecali, in quanto in menopausa, condizione in cui prevalgono le cellule stromali rispetto a quelle corticali, la sua produzione si riduce. DEIDROEPIANDROSTERONE (DEA) DEIDROEPIANDROSTERONE SOLFATO (DEAS): il DEAS è lo steroide maggiormente rappresentato nel plasma umano ed è prodotto per il 90% dal surrene. Il principale metabolita del DEA e del DEAS è l’androstenediolo, che compete con l’estradiolo per il legame ai recettori estrogenici, per i quali ha spiccata affinità.

18. Controllo della funzione riproduttiva La funzione riproduttiva è condizionata dal SISTEMA NERVOSO e dal SISTEMA ENDOCRINO. Il sistema nervoso opera in tempi ridottissimi (millisecondi), mentre il sistema endocrino può impiegare ore, giorni o settimane. Ciò che colpisce è la modalità con cui l’organismo mette in contatto due assi completamente diversi nella loro funzione e nei loro meccanismi d’azione.

19. Il cardine su cui convergono gli stimoli nervosi è l’IPOTALAMO, la cui azione consiste nel sintetizzare e secernere il GnRH (Gonadotropin Releasing Hormone). La sua peculiarità è quella di operare in modo pulsatile. Le strutture cerebrali che condizionano l’ipotalamo sono: • sistema limbico: ha azioni di controllo della vita vegetativa, del comportamento emotivo e dell’affettività. Tramite ippocampo e amigdala ha rispettivamente effetto stimolante e inibente la secrezione di GnRH • corteccia cerebrale: integra stimoli visivi, uditivi e tutte le informazioni provenienti dall’esterno. Agisce tramite segnali inviati al sistema limbico • epifisi: produce melatonina modulandola in relazione al ciclo luce-buio. Ha effetto anti-riproduttivo • tronco cerebrale: agisce tramite fasci noradrenergici e serotoninergici, con effetto sia stimolante che inibente

20. GnRH I recettori per il GnRH si trovano in numerosi tessuti, tra cui le gonadi, la mammella e la placenta, ma soprattutto nelle cellule gonadotrope dell’ipofisi. Questi recettori sono soggetti a fenomeni di desensibilizzazione e di ‘down regulation’ quando vengono stimolati per molto tempo. Su questo fenomeno si basa l’impiego di farmaci agonisti del GnRH allo scopo di inibire la funzione riproduttiva. Proprio per evitare il fenomeno della down regulation, il GnRH viene secreto in modo pulsatile: • durante la fase folicolare iniziale i pulses hanno bassa ampiezza e frequenza • durante la fase follicolare intermedia e tardiva la frequenza di scarica aumenta • durante la fase luteinica la frequenza di scarica decresce A questa pulsatilità corrisponde poi quella della secrezione di FSH e LH.

21. Controllo endocrino della funzione riproduttiva La secrezione delle gonadotropine è regolata, oltre che da segnali nervosi, anche da un sistema di feedback, o retroazione. Si possono distinguere: • feedback ultracorto: il GnRH controlla la sua stessa sintesi e secrezione • feedback corto: FSH ed LH esercitano un’azione frenante la loro stessa secrezione e raggiungerebbero l’ipotalamo mediante un flusso retrogrado attraverso il circolo portale ipofisario • feedback lungo: gli ormoni ovarici regolano la loro stessa secrezione *

22. *Le peculiarità del feedback lungo sono date dal fatto che gli ormoni ovarici sono due (estradiolo e progesterone) e che l’azione del feedback è duplice: a livello ipotalamico e ipofisario. Inoltre il feedback può essere sia negativo che positivo. • il feedbck negativo degli estrogeni è sovrapponibile a quello di molti altri sistemi (cortisoloACTH, ormoni tiroideiTSH) • il feedback positivo degli estrogeni è responsabile del picco di gonadotropine che permette l’ovulazione: è necessario che le concentrazioni di estradiolo si mantengano al di sopra di una certa soglia (150-200 pg/l) per un tempo sufficiente (36-48 h) perché il feedback inverta il suo meccanismo

24. Controllo ovarico dell’FSH Sebbene le due gonadotropine (FSH ed LH) siano controllate dagli stessi fattori endocrini e siano prodotte dalle stesse cellule ipofisarie, il loro andamento non è parallelo: • nel periodo follicolare il rapporto FSH/LH è circa =1 • in fase preovulatoria si abbassa • resta <1 nella fase luteinica • il rapporto FSH/LH inoltre è alto prima della pubertà, nel post-partum, nella disgenesia gonadica e in menopausa • i livelli di LH superano invece quelli dell’FSH in alcune condizioni, come la PCOS

25. L’FSH infatti dipende da altri sistemi di controllo, oltre quelli precedentemente descritti: uno di questi è l’INIBINA. L’inibina viene prodotta dalle cellule della granulosa in risposta all’azione dell’FSH e si accumula nel fluido follicolare. La sua azione consiste nel blocco selettivo della secrezione dell’FSH e in un effetto paracrino sull’ovaio frenando la produzione di estrogeni e favorendo quella di androgeni. Altri ormoni deputati alla regolazione dell’FSH sono l’ACTIVINA, prodotta dalla dimerizzazione delle molecole di inibina e la FOLLISTATINA, i cui effetti sulla sintesi e secrezione dell’FSH non sono però conosciuti nei dettagli.

26. Ovogenesi In un ovaio alla nascita vi sono circa 2 milioni di ovociti primari, ma molti regrediscono durante l’ infanzia e in adolescenza se ne ritrovano non più di 40 mila. Di questi solo 400 circa diventano ovociti secondari e vengono emessi all’ovulazione nel periodo fertile.

27. Maturazione dell’ovocita Durante il primo periodo della vita fetale, l’ovogonio prolifera per divisione mitotica. L’ovogonio si ingrandisce (auxocitosi) per formare l’ovocita primario prima della nascita; non appena questo si forma, cellule stromali dell’ovaio lo circondano, costituendo il follicolo primordiale. N.B. L’auxocitosi negli ovociti è incomparabilmente più pronunciata che negli spermatociti, ed ha come conseguenza l’enorme accrescimento della cellula uovo, che può raggiungere dimensioni gigantesche rispetto alle altre cellule dell’organismo. Durante l’auxocitosi il nucleo aumenta considerevolmente di dimensione e i cromosomi si despiralizzano.

28. Crescita e maturazione del follicolo Il patrimonio ovocitario e follicolare della donna si forma, durante la quale gli ovociti si circondano di cellule di origine mesodermica che costituiscono la granulosa  follicolo primordiale. Durante la seconda metà della vita intrauterina e per tutto il periodo pre-puberale un certo numero di follicoli inizia il processo di crescita con la formazione di due o più strati di cellule della granulosa  follicolo primario. I cicli maturativi che in tal modo si avviano restano costantemente incompleti e si concludono invariabilmente con l’atresia in questo modo il numero di follicoli si riduce enormemente dalla vita intrauterina alla pubertà.

29. Nella vita fertile ogni giorno un certo numero di follicoli inizia a crescere: il primo evento è, come in epoca prepuberale, la moltiplicazione delle cellule della granulosa  follicolo primario. A tre cicli di distanza dall’ovulazione si forma la teca interna  follicolo secondario o preantrale. A due cicli dall’ovulazione, a seguito della coalescenza di piccole lacune ripiene di liquido sieroso che si vengono a formare tra le cellule della granulosa si forma il follicolo terziario o antrale. Nei primi quattro giorni di ogni ciclo ha luogo il reclutamento finale, cioè si completa la maturazione di quei follicoli che hanno raggiunto dimensioni tra i 2 e i 5 mm.

30. I follicoli reclutati variano da 1 a 5 e si trovano nell’ovaio controlaterale a quello in cui era presente il corpo luteo nel ciclo precedente. Il liquido presente nella cavità follicolare aumenta, determinando l’espansione dell’antro; inoltre le cellule della granulosa a ridosso dell’ovocita lo circondano dando origine al cumulo ooforo follicolo di De Graaf. Nell’arco dei primi cinque giorni del ciclo un solo follicolo acquista i caratteri della dominanza.

31. Selezione del follicolo dominante Nel pool dei follicoli reclutati all’inizio di ogni ciclo solo uno compie tutte le tappe dello sviluppo fino all’ovulazione. Sul piano endocrino la caratteristica principale del follicolo dominante è la capacità di concentrare nel suo fluido FSH ed estradiolo. La presenza di un elevato rapporto tra estrogeni ed androgeni è condizione indispensabile per proseguire il processo maturativo ed evitare l’atresia. • REQUISITI PER LA SELEZIONE DEL FOLLICOLO DOMINANTE: • diametro 5-8 mm • teca molto vascolarizzata • molte cellule della granulosa con aspetto ‘normale’ • capacità di concentrare FSH ed E2 nel liquido follicolare

32. Controllo ormonale della follicologenesi FSH: agisce essenzialmente sulle cellule della granulosa: • differenziazione morfologica delle cellule • induzione recettoriale nei confronti di se stesso e dell’LH • secrezione di peptidi come inibina e fattori di crescita • stimolazione dell’attività aromatasica LH: agisce soprattutto sul follicolo preovulatorio: • blocco della mitosi • stimolazione della sintesi del progesterone • dissociazione delle gap junctions tra le varie cellule • stimolazione dell’attivatore del plasminogeno

33. ESTRADIOLO: ha effetti potenzianti l’FSH ed anti-atresizzanti: • stimolazione delle cellule della granulosa • costituzione dell’antro • espressione dei recettori per le gonadotropine • inibizione della sintesi di androgeni • stimolazione dell’attività aromatasica ANDROGENI: hanno comportamento diametralmente opposto a seconda della presenza o meno di FSH: • essenziali alla crescita del follicolo (substrati dell’aromatasi) se è presente FSH • inducenti atresia in assenza di FSH

34. GROWTH FACTORS: • insulina: favorisce le attività generali della cellula, stimola la funzione aromatasica e la sintesi di androgeni, promuove la sintesi dei recettori nelle cellule della granulosa • insulin-like growth factor (IGF-1): potenzia gli effetti di FSH ed estradiolo ed ha azioni sovrapponibili a quelle dell’insulina INIBINA: • inibisce l’aromatasi • stimola la sintesi del progesterone ATTIVATORI DEL PLASMINOGENO: sono responsabili della rottura della parete follicolare durante l’ovulazione

35. Maturazione dell’ovocita Quando il follicolo matura, l’ovocita primario, rimasto fino a questo momento quiescente, aumenta di volume e completa la I divisione meiotica poco prima dell’ovulazione: l’ovocita secondario riceve la maggior parte del citoplasma, ed una parte minima il primo corpuscolo polare.

36. Ovogonio Mitosi- prima della nascita Ovocito I + cell. del tessuto connettivo (follicolo primordiale) 2.ooo.ooo profase arrestata fino alla pubertà Meiosi I- dalla pubertà 40.000 Ovocito II + 1 corpuscolo polare Meiosi II- si arresta in metafase 400 Cellula uovo + 1 corpuscolo polare

37. Ovulazione Le ultime tappe maturative dell’ovocita vengono stimolate dal picco di LH: • maturazione della zona pellucida • preparazione della reazione corticale (necessaria per il blocco della polispermia) • ripresa della meiosi: il picco dell’LH induce il completamento della I divisione meiotica, l’ estrusione del primo globulo polare e l’ arresto alla metafase delle II divisione meiotica Inoltre il picco di LH induce rapido aumento di volume del follicolo, protrusione del follicolo sulla superficie ovarica e infine il suo scoppio.

38. La rottura del follicolo con estrusione dell’ovocita e del cumulo ooforo sono conseguenti a importanti modificazioni della struttura follicolare: • indebolimento della parete follicolare con dissociazione di fibroblasti e delle cellule tecali: dovuto soprattutto all’azione del plasminogeno • dissociazione delle cellule della granulosa e aumento della pressione colloidosmotica: l’LH induce lisi delle gap junctions e depolimerizzazione dei proteoglicani della matrice • disgregazione della teca esterna: la degradazione del collagene avviene per opera delle collagenasi, attivate dalla plasmina • contrazione delle cellule muscolari lisce della teca esterna

39. Maturazione dell’ovocita All’ovulazione il nucleo dell’ovocita secondario inizia la II divisione meiotica progredendo solo fino alla metafase Solo se uno spermatozoo penetra nell’ ovocita secondario, viene completata la II divisione meiotica, determinando la formazione dell’ ovocita fecondato o uovo maturo e del II corpuscolo polare, che andrà a degenerare.

40. Corpo luteo Dopo l’ovulazione le cellule della granulosa si ipertrofizzano ed assumono aspetto vacuolato. Accumulano inoltre nel loro citoplasma un pigmento giallo ricco di lipidi e di colesterolo. Il corpo luteo è composto da due tipi cellulari, derivanti dalla granulosa e dalla teca: le cellule granulosa luteiniche e le cellule teca luteiniche. Entrambe partecipano all’attività secretiva dell’estradiolo e soprattutto del progesterone. Il controllo ormonale del corpo luteo è affidato all’LH e in caso di gravidanza all’hCG. La luteolisi avviene in parte per il venir meno della secrezione di LH, in parte per l’attività di sostanze ad azione luteolitica: • PGF2α: causa perdita dei recettori per l’LH • ossitocina: riduce la sintesi del progesterone • citochine (soprattutto TNFα): bloccano alcuni enzimi responsabili della sintesi del progesterone

41. Atresia follicolare Il destino opposto all’ovulazione è l’atresia follicolare. Essa è appannaggio dei follicoli che non hanno caratteristiche di dominanza, e soprattutto che sono caratterizzati dalla presenza di alte quantità di androgeni. Gli androgeni nella loro forma 5 α ridotta (che prevale nei follicoli non destinati alla dominanza) inducono la morte delle cellule della granulosa legandosi a recettori specifici (purchè il follicolo non concentri elevate quantità di FSH).

42. Ciclo mestruale Per ciclo mestruale si intende il tempo che intercorre tra il primo giorno di sanguinamento uterino ed il primo giorno del ciclo successivo. In condizioni fisiologiche dura 28 giorni. Nel suo corso si osservano oscillazioni nell’andamento degli ormoni sessuali, che consentono di riconoscere fasi diverse del ciclo ovarico e di quello endometriale.

44. Ciclo ovarico E’ suddivisibile in fase follicolare fase luteinica separate da dalla fase ovulatoria. iniziale crescita e successiva caduta dell’FSH (per feedback negativo) e progressivo aumento dell’estradiolo  crescita e maturazione del follicolo ooforo il picco di LH (e di FSH) succede all’acme della secrezione di estradiolo il corpo luteo produce quantità via via crescenti di progesterone, i cui livelli poi decrescono progressivamente a partire dall’8°-9° giorno dall’ovulazione FASE FOLLICOLARE FASE LUTEINICA FASE OVULATORIA

45. Ciclo endometriale L’endometrio è un epitelio costituito da due diversi strati: • lo strato basale non ormono-sensibile, che rimane anche dopo lo sfaldamento mestruale e da cui riparte la proliferazione dello strato sovrastante • lo strato funzionale, costituito dall’epitelio superficiale, dalle ghiandole e da un abbondante tessuto stromale; risente dello stimolo degli steroidi gonadici

46. Ciclo endometriale

47. Il ciclo endometriale si compone di 4 fasi: • fase rigenerativa: nei primissimi giorni del ciclo, consiste nell’iniziale ma incompleta ricostruzione dell’epitelio di superficie. Non sembra richiedere uno stimolo ormonale. Le ghiandole appaiono brevi e rettilinee • fase proliferativa: si caratterizza per l’aumento di spessore dell’epitelio, la tortuosità delle ghiandole e la superficializzazione delle a. spirali; prevale l’azione degli estrogeni • fase secretiva: le ghiandole appaiono ulteriormente dilatate ed hanno una forma festonata; prevale l’azione del progesterone • fase desquamativa: la caduta ormonale provoca la degenerazione dell’epitelio a partire dalle a. spirali

48. Nel corso del flusso mestruale si innescano meccanismi atti a frenarne l’intensità e ad impedire che si trasformi in una menorragia. • Si formano trombi di piastrine e si accumulano quantità crescenti di fibrina • Si innesca una vasocostrizione indotta dalla PGF2α e dal trombossano • La rigenerazione epiteliale è stimolata dagli estrogeni, che riprendono a salire fin dal primo giorno della fase desquamativa

49. Anche la MUCOSA ENDOCERVICALE presenta variazioni cicliche in risposta alle modificazioni ormonali: • all’inizio della fase estrogenica le ghiandole cervicali sono modicamente ramificate con un rivestimento epiteliale basso • più avanti, nella stessa fase, si notano numerose ramificazioni ghiandolari, l'epitelio di rivestimento si fa molto alto, con cellule disposte a palizzata; questo epitelio è ricco di secrezioni di tipo mucoso che si riversano nel lume ghiandolare • in fase progestinica il lume ghiandolare è più ristretto, si riducono le ramificazioni delle ghiandole e l'epitelio mostra una scarsissima secrezione mucosa

50. Il muco cervicale svolge una duplice funzione, perché da un lato ha il compito di rappresentare una ‘barriera biologica’ tra cavità uterina ed ambiente esterno, ma dall'altro ha quello di favorire il passaggio degli spermatozoi, e anzi di proteggerli dalle secrezioni vaginali acide. • Durante la prima fase del ciclo, con l'aumentare dei tassi di estrogeni circolanti, la produzione giornaliera di muco cervicale aumenta notevolmente • Durante la fase luteale, sotto l'azione del progesterone, il muco cervicale perde tutte le qualità acquisite durante la stimolazione estrogenica: diviene scarso, viscoso, opaco e inadatto al passaggio degli spermatozoi