A espermatogênese e a espermiogênese são os processos celulares que produzem células sexuais masculinas maduras. Esses processos ocorrem dentro dos túbulos seminíferos dos testículos do homem sexualmente maduro, conforme mostrado na Figura 1. Os túbulos seminíferos humanos têm 30 a 70 cm de comprimento e 150 a 300 mm de diâmetro (Zaneveld 1978). As espermatogônias (células-tronco) estão posicionadas ao longo da membrana basal dos túbulos seminíferos e são as células básicas para a produção de espermatozoides.
Figura 1. O sistema reprodutor masculino
O esperma amadurece através de uma série de divisões celulares nas quais as espermatogônias proliferam e se tornam espermatócitos primários. Os espermatócitos primários em repouso migram através das junções apertadas formadas pelas células de Sertoli para o lado luminal desta barreira testicular. No momento em que os espermatócitos atingem a barreira da membrana no testículo, a síntese de DNA, o material genético no núcleo da célula, está essencialmente completa. Quando os espermatócitos primários realmente encontram o lúmen do túbulo seminífero, eles sofrem um tipo especial de divisão celular que ocorre apenas nas células germinativas e é conhecida como meiose. A divisão celular meiótica resulta na divisão dos pares de cromossomos no núcleo, de modo que cada célula germinativa resultante contém apenas uma única cópia de cada filamento de cromossomo, em vez de um par correspondente.
Durante a meiose, os cromossomos mudam de forma, condensando-se e tornando-se filamentosos. A certa altura, a membrana nuclear que os envolve se rompe e os fusos microtubulares se ligam aos pares cromossômicos, fazendo com que se separem. Isso completa a primeira divisão meiótica e dois espermatócitos secundários haploides são formados. Os espermatócitos secundários então sofrem uma segunda divisão meiótica para formar números iguais de espermátides contendo cromossomos X e Y.
A transformação morfológica das espermátides em espermatozoides é chamada de espermiogênese. Quando a espermiogênese está completa, cada espermatozoide é liberado pela célula de Sertoli no lúmen do túbulo seminífero por um processo conhecido como espermiação. Os espermatozóides migram ao longo do túbulo para a rete testis e para a cabeça do epidídimo. Os espermatozóides que saem dos túbulos seminíferos são imaturos: incapazes de fertilizar um óvulo e incapazes de nadar. Os espermatozóides liberados no lúmen dos túbulos seminíferos são suspensos em fluido produzido principalmente pelas células de Sertoli. Os espermatozóides concentrados suspensos neste fluido fluem continuamente dos túbulos seminíferos, através de ligeiras alterações no meio iônico dentro da rete testis, através dos vasos eferentes e para o epidídimo. O epidídimo é um único tubo altamente enrolado (cinco a seis metros de comprimento) no qual os espermatozoides passam de 12 a 21 dias.
Dentro do epidídimo, os espermatozóides adquirem progressivamente motilidade e capacidade de fertilização. Isso pode ser devido à natureza mutável do fluido em suspensão no epidídimo. Isto é, à medida que as células amadurecem, o epidídimo absorve componentes do fluido, incluindo secreções das células de Sertoli (por exemplo, proteína de ligação ao andrógeno), aumentando assim a concentração de espermatozóides. O epidídimo também contribui com suas próprias secreções para o fluido em suspensão, incluindo os produtos químicos glicerilfosforilcolina (GPC) e carnitina.
A morfologia do esperma continua a se transformar no epidídimo. A gota citoplasmática é derramada e o núcleo do esperma se condensa ainda mais. Enquanto o epidídimo é o principal reservatório de armazenamento de esperma até a ejaculação, cerca de 30% do esperma em uma ejaculação foi armazenado no ducto deferente. A ejaculação frequente acelera a passagem do esperma através do epidídimo e pode aumentar o número de espermatozóides imaturos (inférteis) no ejaculado (Zaneveld 1978).
Ejaculação
Uma vez dentro do ducto deferente, os espermatozóides são transportados pelas contrações musculares da ejaculação, e não pelo fluxo de fluido. Durante a ejaculação, os fluidos são expelidos à força das glândulas sexuais acessórias, dando origem ao plasma seminal. Essas glândulas não expelem suas secreções ao mesmo tempo. Em vez disso, a glândula bulbouretral (de Cowper) primeiro expulsa um fluido claro, seguido pelas secreções prostáticas, os fluidos concentrados em espermatozoides dos epidídimos e da ampola dos ductos deferentes e, finalmente, a maior fração, principalmente das vesículas seminais. Assim, o plasma seminal não é um fluido homogêneo.
Ações tóxicas na espermatogênese e espermiogênese
Os tóxicos podem interromper a espermatogênese em vários pontos. Os mais prejudiciais, por causa da irreversibilidade, são os tóxicos que matam ou alteram geneticamente (além dos mecanismos de reparo) as espermatogônias ou células de Sertoli. Estudos em animais têm sido úteis para determinar o estágio em que um tóxico ataca o processo espermatogênico. Esses estudos empregam exposição de curto prazo a um tóxico antes da amostragem para determinar o efeito. Conhecendo a duração de cada estágio espermatogênico, pode-se extrapolar para estimar o estágio afetado.
A análise bioquímica do plasma seminal fornece informações sobre a função das glândulas sexuais acessórias. Os produtos químicos que são secretados principalmente por cada uma das glândulas sexuais acessórias são tipicamente selecionados para servir como um marcador para cada respectiva glândula. Por exemplo, o epidídimo é representado pelo GPC, as vesículas seminais pela frutose e a próstata pelo zinco. Observe que esse tipo de análise fornece apenas informações brutas sobre a função glandular e pouca ou nenhuma informação sobre os outros constituintes secretores. Medir o pH e a osmolalidade do sêmen fornece informações gerais adicionais sobre a natureza do plasma seminal.
O plasma seminal pode ser analisado quanto à presença de um tóxico ou seu metabólito. Metais pesados foram detectados no plasma seminal usando espectrofotometria de absorção atômica, enquanto hidrocarbonetos halogenados foram medidos no fluido seminal por cromatografia gasosa após extração ou filtração limitadora de proteínas (Stachel et al. 1989; Zikarge 1986).
A viabilidade e motilidade dos espermatozóides no plasma seminal é tipicamente um reflexo da qualidade do plasma seminal. Alterações na viabilidade do esperma, conforme medido por exclusão de coloração ou por inchaço hiposmótico, ou alterações nos parâmetros de motilidade do esperma sugeririam efeitos tóxicos pós-testiculares.
As análises do sêmen também podem indicar se a produção de células espermáticas foi afetada por um tóxico. A contagem e a morfologia dos espermatozoides fornecem índices da integridade da espermatogênese e da espermiogênese. Assim, o número de espermatozóides no ejaculado está diretamente correlacionado com o número de células germinativas por grama de testículo (Zukerman et al. 1978), enquanto a morfologia anormal é provavelmente resultado de espermiogênese anormal. Espermas mortos ou espermatozóides imóveis geralmente refletem os efeitos de eventos pós-testiculares. Assim, o tipo ou momento de um efeito tóxico pode indicar o alvo do tóxico. Por exemplo, a exposição de ratos machos ao 2-metoxietanol resultou em redução da fertilidade após quatro semanas (Chapin et al. 1985). Esta evidência, corroborada pelo exame histológico, indica que o alvo da toxicidade é o espermatócito (Chapin et al. 1984). Embora não seja ético expor humanos intencionalmente a tóxicos reprodutivos suspeitos, análises de sêmen de ejaculados em série de homens inadvertidamente expostos por um curto período de tempo a tóxicos potenciais podem fornecer informações úteis semelhantes.
A exposição ocupacional ao 1,2-dibromocloropropano (DBCP) reduziu a concentração de espermatozoides nos ejaculados de uma média de 79 milhões de células/ml em homens não expostos para 46 milhões de células/ml em trabalhadores expostos (Whorton et al. 1979). Ao remover os trabalhadores da exposição, aqueles com contagens reduzidas de espermatozóides tiveram uma recuperação parcial, enquanto os homens que haviam sido azoospérmicos permaneceram estéreis. A biópsia testicular revelou que o alvo do DBCP era a espermatogônia. Isso substancia a gravidade do efeito quando as células-tronco são alvo de substâncias tóxicas. Não houve indicações de que a exposição de homens ao DBCP estivesse associada a resultados adversos da gravidez (Potashnik e Abeliovich 1985). Outro exemplo de um tóxico direcionado à espermatogênese/espermiogênese foi o estudo de trabalhadores expostos ao dibrometo de etileno (EDB). Eles tinham mais espermatozoides com cabeças afiladas e menos espermatozóides por ejaculação do que os controles (Ratcliffe et al. 1987).
Danos genéticos são difíceis de detectar no esperma humano. Vários estudos em animais usando o ensaio letal dominante (Ehling et al. 1978) indicam que a exposição paterna pode produzir um resultado adverso na gravidez. Estudos epidemiológicos de grandes populações demonstraram maior frequência de abortos espontâneos em mulheres cujos maridos trabalhavam como mecânicos de veículos motorizados (McDonald et al. 1989). Tais estudos indicam a necessidade de métodos para detectar danos genéticos no esperma humano. Tais métodos estão sendo desenvolvidos por diversos laboratórios. Esses métodos incluem sondas de DNA para discernir mutações genéticas (Hecht 1987), cariótipo cromossômico espermático (Martin 1983) e avaliação da estabilidade do DNA por citometria de fluxo (Evenson 1986).
Figura 2. Exposições associadas positivamente a efeitos adversos na qualidade do sêmen
A Figura 2 lista as exposições conhecidas por afetar a qualidade do esperma e a Tabela 1 fornece um resumo dos resultados de estudos epidemiológicos dos efeitos paternos nos resultados reprodutivos.
Tabela 1. Estudos epidemiológicos dos efeitos paternos no resultado da gravidez
| Referência | Tipo de exposição ou ocupação | Associação com exposição1 | Efeito |
| Estudos populacionais baseados em registros | |||
| Lindbohm et ai. 1984 | solventes | - | Aborto espontâneo |
| Lindbohm et ai. 1984 | Estação de serviço | + | Aborto espontâneo |
| Daniell e Vaughan 1988 | Solventes orgânicos | - | Aborto espontâneo |
| McDonald et al. 1989 | Mecânica | + | Aborto espontâneo |
| McDonald et al. 1989 | Processamento de alimentos | + | defeitos de desenvolvimento |
| Lindbohm et ai. 1991a | Óxido de etileno | + | Aborto espontâneo |
| Lindbohm et ai. 1991a | Refinaria de petróleo | + | Aborto espontâneo |
| Lindbohm et ai. 1991a | impregnados de madeira | + | Aborto espontâneo |
| Lindbohm et ai. 1991a | Produtos químicos de borracha | + | Aborto espontâneo |
| Olsen et ai. 1991 | Metais | + | Risco de câncer infantil |
| Olsen et ai. 1991 | Machinists | + | Risco de câncer infantil |
| Olsen et ai. 1991 | Smiths | + | Risco de câncer infantil |
| Kristensen e outros. 1993 | solventes | + | Nascimento prematuro |
| Kristensen e outros. 1993 | Chumbo e solventes | + | Nascimento prematuro |
| Kristensen e outros. 1993 | Conduzir | + | Morte perinatal |
| Kristensen e outros. 1993 | Conduzir | + | Morbidade infantil do sexo masculino |
| Estudos de caso-controle | |||
| Kucera 1968 | Indústria de impressão | (+) | Lábio leporino |
| Kucera 1968 | pintar | (+) | Fenda palatina |
| Olsen 1983 See More | pintar | + | Danos ao sistema nervoso central |
| Olsen 1983 See More | solventes | (+) | Danos ao sistema nervoso central |
| Sever et ai. 1988 | Radiação de baixo nível | + | Defeitos do tubo neural |
| Taskinen et ai. 1989 | Solventes orgânicos | + | Aborto espontâneo |
| Taskinen et ai. 1989 | Hidrocarbonetos aromáticos | + | Aborto espontâneo |
| Taskinen et ai. 1989 | Dust | + | Aborto espontâneo |
| Gardner e outros. 1990 | Radiação | + | leucemia infantil |
| Bonde 1992 | Soldagem | + | Tempo para a concepção |
| Wilkins e Sinks 1990 | Agricultura | (+) | Tumor cerebral infantil |
| Wilkins e Sinks 1990 | Construção | (+) | Tumor cerebral infantil |
| Wilkins e Sinks 1990 | Processamento de alimentos/tabaco | (+) | Tumor cerebral infantil |
| Wilkins e Sinks 1990 | Metal | + | Tumor cerebral infantil |
| Lindbohmn et al. 1991b | Conduzir | (+) | Aborto espontâneo |
| Salmen et ai. 1992 | Conduzir | (+) | Defeitos congênitos |
| Veulemans et ai. 1993 | Éter de etileno glicol | + | Espermograma anormal |
| Chia et ai. 1992 | Metais | + | Cádmio no sêmen |
1 – sem associação significativa; (+) associação marginalmente significativa; + associação significativa.
Fonte: Adaptado de Taskinen 1993.
Sistema Neuroendócrino
O funcionamento geral do sistema reprodutivo é controlado pelo sistema nervoso e pelos hormônios produzidos pelas glândulas (o sistema endócrino). O eixo neuroendócrino reprodutivo do homem envolve principalmente o sistema nervoso central (SNC), a glândula pituitária anterior e os testículos. As entradas do SNC e da periferia são integradas pelo hipotálamo, que regula diretamente a secreção de gonadotrofina pela hipófise anterior. As gonadotrofinas, por sua vez, atuam principalmente nas células de Leydig no interstício e nas células de Sertoli e germinativas nos túbulos seminíferos para regular a espermatogênese e a produção de hormônios pelos testículos.
Eixo hipotalâmico-hipofisário
O hipotálamo secreta o neuro-hormônio liberador de gonadotrofina (GnRH) na vasculatura portal hipofisária para transporte para a glândula pituitária anterior. A secreção pulsátil desse decapeptídeo causa a liberação concomitante do hormônio luteinizante (LH) e, com menor sincronia e um quinto da potência, a liberação do hormônio folículo estimulante (FSH) (Bardin 1986). Existem evidências substanciais para apoiar a presença de um hormônio liberador de FSH separado, embora nenhum ainda tenha sido isolado (Savy-Moore e Schwartz 1980; Culler e Negro-Vilar 1986). Esses hormônios são secretados pela glândula pituitária anterior. O LH atua diretamente sobre as células de Leydig para estimular a síntese e liberação de testosterona, enquanto o FSH estimula a aromatização da testosterona em estradiol pela célula de Sertoli. A estimulação gonadotrópica causa a liberação desses hormônios esteróides na veia espermática.
A secreção de gonadotrofinas é, por sua vez, verificada pela testosterona e estradiol por meio de mecanismos de feedback negativo. A testosterona atua principalmente sobre o hipotálamo para regular a secreção de GnRH e, assim, reduz a frequência de pulso, principalmente, da liberação de LH. O estradiol, por outro lado, atua na glândula pituitária para reduzir a magnitude da liberação de gonadotrofinas. Por meio desses ciclos de feedback endócrino, a função testicular em geral e a secreção de testosterona especificamente são mantidas em um estado relativamente estável.
Eixo pituitário-testicular
LH e FSH são geralmente vistos como necessários para a espermatogênese normal. Presumivelmente, o efeito do LH é secundário à indução de altas concentrações intratesticulares de testosterona. Portanto, o FSH da hipófise e a testosterona das células de Leydig agem sobre as células de Sertoli dentro do epitélio dos túbulos seminíferos para iniciar a espermatogênese. A produção de espermatozoides persiste, embora quantitativamente reduzida, após a remoção do LH (e presumivelmente das altas concentrações intratesticulares de testosterona) ou do FSH. O FSH é necessário para iniciar a espermatogênese na puberdade e, em menor grau, para reiniciar a espermatogênese que foi interrompida (Matsumoto 1989; Sharpe 1989).
O sinergismo hormonal que serve para manter a espermatogênese pode envolver o recrutamento pelo FSH de espermatogônias diferenciadas para entrar na meiose, enquanto a testosterona pode controlar estágios subsequentes específicos da espermatogênese. O FSH e a testosterona também podem atuar sobre a célula de Sertoli para estimular a produção de um ou mais fatores parácrinos que podem afetar o número de células de Leydig e a produção de testosterona por essas células (Sharpe 1989). O FSH e a testosterona estimulam a síntese de proteínas pelas células de Sertoli, incluindo a síntese da proteína de ligação ao andrógeno (ABP), enquanto o FSH sozinho estimula a síntese de aromatase e inibina. ABP é secretada principalmente no fluido tubular seminífero e é transportada para a porção proximal da cabeça do epidídimo, possivelmente servindo como um carreador local de andrógenos (Bardin 1986). A aromatase catalisa a conversão de testosterona em estradiol nas células de Sertoli e em outros tecidos periféricos.
A inibina é uma glicoproteína que consiste em duas subunidades dissimilares ligadas por dissulfeto, a e b. Embora a inibina iniba preferencialmente a liberação de FSH, ela também pode atenuar a liberação de LH na presença de estimulação de GnRH (Kotsugi et al. 1988). FSH e LH estimulam a liberação de inibina com potência aproximadamente igual (McLachlan et al. 1988). Curiosamente, a inibina é secretada no sangue da veia espermática como pulsos que são sincronizados com os da testosterona (Winters 1990). Isso provavelmente não reflete as ações diretas do LH ou da testosterona na atividade das células de Sertoli, mas sim os efeitos de outros produtos das células de Leydig secretados nos espaços intersticiais ou na circulação.
A prolactina, que também é secretada pela glândula pituitária anterior, atua sinergicamente com LH e testosterona para promover a função reprodutiva masculina. A prolactina se liga a receptores específicos na célula de Leydig e aumenta a quantidade de complexo receptor de andrógeno dentro do núcleo de tecidos responsivos a andrógenos (Baker et al. 1977). A hiperprolactinemia está associada a reduções do tamanho testicular e da próstata, volume do sêmen e concentrações circulantes de LH e testosterona (Segal et al. 1979). A hiperprolactinemia também tem sido associada à impotência, aparentemente independente da alteração da secreção de testosterona (Thorner et al. 1977).
Ao medir metabólitos de hormônios esteróides na urina, deve-se levar em consideração o potencial de que a exposição em estudo possa alterar o metabolismo dos metabólitos excretados. Isso é especialmente pertinente, uma vez que a maioria dos metabólitos é formada pelo fígado, um alvo de muitos tóxicos. O chumbo, por exemplo, reduziu a quantidade de esteróides sulfatados excretados na urina (Apostoli et al. 1989). Os níveis sanguíneos de ambas as gonadotrofinas tornam-se elevados durante o sono à medida que o homem entra na puberdade, enquanto os níveis de testosterona mantêm esse padrão diurno durante a idade adulta nos homens (Plant 1988). Assim, amostras de sangue, urina ou saliva devem ser coletadas aproximadamente na mesma hora do dia para evitar variações devido a padrões secretores diurnos.
Os efeitos evidentes da exposição tóxica visando o sistema neuroendócrino reprodutivo são mais prováveis de serem revelados através de manifestações biológicas alteradas dos andrógenos. As manifestações significativamente reguladas por andrógenos no homem adulto que podem ser detectadas durante um exame físico básico incluem: (1) retenção de nitrogênio e desenvolvimento muscular; (2) manutenção da genitália externa e dos órgãos sexuais acessórios; (3) manutenção da laringe aumentada e cordas vocais espessas causando a voz masculina; (4) barba, crescimento de pêlos axilares e pubianos e recessão e calvície de pêlos temporais; (5) libido e desempenho sexual; (6) proteínas específicas de órgãos em tecidos (por exemplo, fígado, rins, glândulas salivares); e (7) comportamento agressivo (Bardin 1986). Modificações em qualquer uma dessas características podem indicar que a produção de andrógenos foi afetada.
Exemplos de efeitos tóxicos
O chumbo é um exemplo clássico de um tóxico que afeta diretamente o sistema neuroendócrino. As concentrações séricas de LH foram elevadas em homens expostos ao chumbo por menos de um ano. Este efeito não progrediu em homens expostos por mais de cinco anos. Os níveis séricos de FSH não foram afetados. Por outro lado, os níveis séricos de ABP foram elevados e os de testosterona total reduzidos em homens expostos ao chumbo por mais de cinco anos. Os níveis séricos de testosterona livre foram significativamente reduzidos após a exposição ao chumbo por três a cinco anos (Rodamilans et al. 1988). Em contraste, as concentrações séricas de LH, FSH, testosterona total, prolactina e 17-cetosteróides neutros totais não foram alteradas em trabalhadores com níveis circulantes mais baixos de chumbo, embora a frequência de distribuição da contagem de espermatozóides tenha sido alterada (Assennato et al. 1986) .
A exposição de pintores de estaleiros ao 2-etoxietanol também reduziu a contagem de espermatozóides sem uma alteração concomitante nas concentrações séricas de LH, FSH ou testosterona (Welch et al. 1988). Assim, os tóxicos podem afetar a produção de hormônios e as medidas de esperma de forma independente.
Trabalhadores do sexo masculino envolvidos na fabricação do nematocida DBCP experimentaram níveis séricos elevados de LH e FSH e reduziram a contagem de esperma e a fertilidade. Esses efeitos são aparentemente sequelas das ações do DBCP sobre as células de Leydig para alterar a produção ou ação do andrógeno (Mattison et al. 1990).
Vários compostos podem exercer toxicidade em virtude da semelhança estrutural com os hormônios esteroides reprodutivos. Assim, pela ligação ao respectivo receptor endócrino, os tóxicos podem atuar como agonistas ou antagonistas para interromper as respostas biológicas. Clordecona (Kepone), um inseticida que se liga aos receptores de estrogênio, reduz a contagem e motilidade dos espermatozóides, interrompe a maturação dos espermatozóides e reduz a libido. Embora seja tentador sugerir que esses efeitos resultam da interferência da clordecona nas ações do estrogênio no nível neuroendócrino ou testicular, os níveis séricos de testosterona, LH e FSH não se mostraram alterados nesses estudos de maneira semelhante aos efeitos da terapia com estradiol . O DDT e seus metabólitos também exibem propriedades esteróides e pode-se esperar que alterem a função reprodutiva masculina ao interferir nas funções hormonais esteróides. Xenobióticos, como bifenilos policlorados, bifenilos polibromados e pesticidas organoclorados, também podem interferir nas funções reprodutivas masculinas ao exercer atividade agonista/antagonista estrogênica (Mattison et al. 1990).
Função Sexual
A função sexual humana refere-se às atividades integradas dos testículos e das glândulas sexuais secundárias, dos sistemas de controle endócrino e dos componentes comportamentais e psicológicos da reprodução (libido) baseados no sistema nervoso central. Ereção, ejaculação e orgasmo são três eventos distintos, independentes, fisiológicos e psicodinâmicos que normalmente ocorrem concomitantemente nos homens.
Poucos dados confiáveis estão disponíveis sobre os efeitos da exposição ocupacional na função sexual devido aos problemas descritos acima. Foi demonstrado que as drogas afetam cada um dos três estágios da função sexual masculina (Fabro 1985), indicando o potencial de exposições ocupacionais para exercer efeitos semelhantes. Antidepressivos, antagonistas da testosterona e estimulantes da liberação de prolactina reduzem efetivamente a libido nos homens. Drogas anti-hipertensivas que atuam no sistema nervoso simpático induzem impotência em alguns homens, mas surpreendentemente, priapismo em outros. A fenoxibenzamina, um antagonista adrenoceptivo, tem sido usada clinicamente para bloquear a emissão seminal, mas não o orgasmo (Shilon, Paz e Homonnai, 1984). Drogas antidepressivas anticolinérgicas permitem a emissão seminal enquanto bloqueiam a ejeção seminal e o orgasmo, o que resulta em plasma seminal vazando da uretra em vez de ser ejetado.
Drogas recreativas também afetam a função sexual (Fabro 1985). O etanol pode reduzir a impotência enquanto aumenta a libido. Cocaína, heroína e altas doses de canabinóides reduzem a libido. Os opiáceos também atrasam ou prejudicam a ejaculação.
A vasta e variada gama de produtos farmacêuticos que demonstraram afetar o sistema reprodutor masculino fornece suporte para a noção de que os produtos químicos encontrados no local de trabalho também podem ser tóxicos reprodutivos. Métodos de pesquisa que sejam confiáveis e práticos para condições de estudo de campo são necessários para avaliar esta importante área da toxicologia reprodutiva.