Beschreiben Sie die Anatomie der männlichen und weiblichen Fortpflanzungsorgane des Menschen

Im Laufe der Entwicklung der Tiere haben sich bestimmte Organe und Organsysteme entwickelt, um bestimmte Funktionen des Organismus zu unterstützen. Die Fortpflanzungsstrukturen, die sich bei Landtieren entwickelt haben, ermöglichen es Männchen und Weibchen, sich zu paaren, intern zu befruchten und das Wachstum und die Entwicklung der Nachkommen zu unterstützen.

Die Fortpflanzungsgewebe von männlichen und weiblichen Menschen entwickeln sich in der Gebärmutter ähnlich, bis ein niedriger Spiegel des Hormons Testosteron aus den männlichen Keimdrüsen freigesetzt wird. Testosteron bewirkt, dass sich die unentwickelten Gewebe zu männlichen Geschlechtsorganen ausbilden. Fehlt das Testosteron, entwickeln sich die Gewebe zu weiblichen Geschlechtsorganen. Primitive Keimdrüsen werden zu Hoden oder Eierstöcken. Aus dem Gewebe, das beim Mann den Penis bildet, entsteht bei der Frau die Klitoris. Das Gewebe, das bei einem Mann zum Hodensack wird, wird bei einer Frau zu den Schamlippen, d.h. es handelt sich um homologe Strukturen.

Anatomie der männlichen Fortpflanzungsorgane

Abbildung 1. Die reproduktiven Strukturen des menschlichen Mannes sind dargestellt.

Im männlichen Fortpflanzungssystem beherbergt der Hodensack die Hoden (Singular: Testis) und bietet einen Durchgang für Blutgefäße, Nerven und Muskeln, die mit der Hodenfunktion zusammenhängen. Die Hoden sind ein Paar männlicher Fortpflanzungsorgane, die Spermien und einige Fortpflanzungshormone produzieren. Jeder Hoden ist etwa 2,5 mal 3,8 cm groß und durch Bindegewebe, die so genannten Septen, in keilförmige Läppchen unterteilt. In jedem Keil befinden sich Hodenkanälchen, die Spermien produzieren.

Spermien sind bei Körpertemperatur unbeweglich; daher befinden sich der Hodensack und der Penis außerhalb des Körpers, wie in Abbildung 1 dargestellt, so dass eine angemessene Temperatur für die Beweglichkeit aufrechterhalten wird. Bei Landsäugetieren muss das Hodenpaar außerhalb des Körpers bei einer Temperatur von etwa 2° C unter der Körpertemperatur aufgehängt werden, um lebensfähige Spermien zu produzieren. Unfruchtbarkeit kann bei Landsäugetieren auftreten, wenn die Hoden während der fötalen Entwicklung nicht durch die Bauchhöhle absteigen.

Die Spermien reifen in den Hodenkanälchen, die sich im Inneren der Hoden befinden, wie in Abbildung 1 dargestellt. Die Wände der Hodenkanälchen bestehen aus den sich entwickelnden Samenzellen, wobei sich die am wenigsten entwickelten Spermien am Rand des Kanälchens befinden und die voll entwickelten Spermien im Lumen. Die Samenzellen sind mit sogenannten Sertoli-Zellen vermischt, die die Keimzellen schützen und ihre Entwicklung fördern. Andere Zellen in der Wand der Tubuli sind die interstitiellen Leydig-Zellen. Diese Zellen produzieren hohe Mengen an Testosteron, sobald der Mann die Pubertät erreicht.

Wenn die Spermien Geißeln entwickelt haben und fast reif sind, verlassen sie die Hoden und treten in die Nebenhoden ein, wie in Abbildung 1 dargestellt. Diese Struktur ähnelt einem Komma und liegt entlang des oberen und hinteren Teils des Hodens; sie ist der Ort der Spermienreifung. Die Spermien verlassen den Nebenhoden und treten in den Samenleiter (oder Ductus deferens) ein, der die Spermien hinter der Blase transportiert und mit dem Gang der Samenblasen den Ejakulationsgang bildet. Bei einer Vasektomie wird ein Teil des Samenleiters entfernt, wodurch verhindert wird, dass die Spermien während der Ejakulation den Körper verlassen und eine Befruchtung stattfinden kann.

Samen ist eine Mischung aus Spermien und Sekreten des Samenleiters (etwa 10 Prozent des Gesamtvolumens) und Flüssigkeiten aus akzessorischen Drüsen, die den größten Teil des Samenvolumens ausmachen. Spermien sind haploide Zellen, bestehend aus einer Geißel als Schwanz, einem Hals, der die energieproduzierenden Mitochondrien der Zelle enthält, und einem Kopf, der das genetische Material enthält. Abbildung 2 zeigt eine mikroskopische Aufnahme eines menschlichen Spermas sowie ein Diagramm der Teile des Spermas. An der Spitze des Spermienkopfes befindet sich ein Akrosom. Diese Struktur enthält lysosomale Enzyme, die die Schutzhüllen um die Eizelle verdauen können, damit das Spermium in die Eizelle eindringen und sie befruchten kann. Ein Ejakulat enthält zwei bis fünf Milliliter Flüssigkeit mit 50 bis 120 Millionen Spermien pro Milliliter.

Abbildung 2. Menschliche Spermien, dargestellt mit dem Rasterelektronenmikroskop, haben eine Geißel, einen Hals und einen Kopf. (credit b: Modifikation einer Arbeit von Mariana Ruiz Villareal; Maßstabsbalken von Matt Russell)

Der Großteil der Spermien stammt aus den akzessorischen Drüsen des männlichen Fortpflanzungssystems. Dies sind die Samenblasen, die Prostata und die Bulbourethraldrüse, die alle in Abbildung 1 dargestellt sind. Die Samenblasen sind ein Drüsenpaar, das am hinteren Rand der Harnblase liegt. Die Drüsen produzieren eine dickflüssige, gelbliche und alkalische Lösung. Da Spermien nur in einer alkalischen Umgebung beweglich sind, ist ein basischer pH-Wert wichtig, um den Säuregehalt der Scheidenumgebung umzukehren. Die Lösung enthält auch Schleim, Fruktose (ein Nährstoff für die Mitochondrien der Spermien), ein Gerinnungsenzym, Ascorbinsäure und lokal wirkende Hormone, die so genannten Prostaglandine. Die Samenblasendrüsen machen 60 Prozent der Samenmasse aus.

Der Penis, der in Abbildung 1 dargestellt ist, ist ein Organ, das den Urin aus der Nierenblase ableitet und beim Geschlechtsverkehr als Kopulationsorgan fungiert. Der Penis enthält drei Schwellkörperröhren, die sich über die gesamte Länge des Organs erstrecken. Diese bestehen aus einem Paar Röhren auf der Rückenseite, den Schwellkörpern, und einer einzelnen Geweberöhre auf der Bauchseite, den Schwellkörpern (Corpus spongiosum). Dieses Gewebe saugt sich mit Blut voll und wird in Vorbereitung auf den Geschlechtsverkehr erigiert und hart. Das Organ wird in die Vagina eingeführt und gipfelt in einer Ejakulation. Während des Geschlechtsverkehrs schließen sich die glatten Muskelschließmuskeln an der Öffnung zur Nierenblase und verhindern, dass Urin in den Penis gelangt. Der Orgasmus ist ein zweistufiger Prozess: Zuerst ziehen sich die mit den Hoden verbundenen Drüsen und Hilfsorgane zusammen, dann wird der Samen (mit den Spermien) bei der Ejakulation durch die Harnröhre ausgestoßen. Nach dem Geschlechtsverkehr fließt das Blut aus den Schwellkörpern ab und der Penis wird schlaff.

Die walnussförmige Prostata umgibt die Harnröhre, die Verbindung zur Harnblase. Sie hat eine Reihe von kurzen Gängen, die direkt mit der Harnröhre verbunden sind. Die Drüse besteht aus einer Mischung aus glatter Muskulatur und Drüsengewebe. Der Muskel sorgt für einen Großteil der Kraft, die für die Ejakulation erforderlich ist. Das Drüsengewebe produziert eine dünne, milchige Flüssigkeit, die Citrat (einen Nährstoff), Enzyme und prostataspezifisches Antigen (PSA) enthält. PSA ist ein proteolytisches Enzym, das dazu beiträgt, das Ejakulat einige Minuten nach der Freisetzung durch den Mann zu verflüssigen. Prostatadrüsensekrete machen etwa 30 Prozent der Samenflüssigkeit aus.

Die Bulbourethraldrüse oder Cowper-Drüse gibt ihr Sekret ab, bevor der Großteil der Samenflüssigkeit freigesetzt wird. Sie neutralisiert Säurereste in der Harnröhre, die vom Urin übrig geblieben sind. Dieses Sekret macht in der Regel ein paar Tropfen Flüssigkeit im gesamten Ejakulat aus und kann einige wenige Spermien enthalten. Das Zurückziehen des Penis aus der Vagina vor dem Samenerguss zur Verhinderung einer Schwangerschaft funktioniert möglicherweise nicht, wenn sich Spermien im Bulbourethraldrüsensekret befinden. Die Lage und Funktionen der männlichen Fortpflanzungsorgane sind in Tabelle 1 zusammengefasst.

Anatomie der weiblichen Fortpflanzung

Eine Reihe von Fortpflanzungsorganen befinden sich außerhalb des weiblichen Körpers. Dazu gehören die Brüste und die Vulva, die aus dem Schamhügel, der Klitoris, den großen und kleinen Schamlippen und den Vestibulardrüsen besteht (siehe Abbildung 3). Die Lage und Funktionen der weiblichen Fortpflanzungsorgane sind in Tabelle 2 zusammengefasst. Die Vulva ist ein Bereich, der mit dem Vestibulum verbunden ist und die Strukturen in der Leistengegend der Frau umfasst. Der Schamhügel ist ein runder, fettiger Bereich, der über der Schambeinfuge liegt. Die Klitoris ist eine Struktur mit Schwellkörpern, die eine große Anzahl von Sinnesnerven enthält und als Stimulationsquelle beim Geschlechtsverkehr dient. Die großen Schamlippen sind ein Paar länglicher Gewebefalten, die vom Schamhügel aus nach hinten verlaufen und die anderen Bestandteile der Vulva umschließen. Die großen Schamlippen entstammen demselben Gewebe, aus dem beim Mann der Hodensack besteht. Die kleinen Schamlippen sind dünne Gewebefalten, die sich in der Mitte der großen Schamlippen befinden. Diese Schamlippen schützen die Öffnungen zur Vagina und zur Harnröhre. Der Schamhügel und der vordere Teil der großen Schamlippen werden in der Pubertät behaart; die kleinen Schamlippen sind unbehaart. Die großen Vestibulardrüsen befinden sich an den Seiten der Vaginalöffnung und sorgen für die Lubrikation beim Geschlechtsverkehr.

Abbildung 3. Dargestellt sind die Fortpflanzungsorgane der menschlichen Frau. (Credit a: Modifikation der Arbeit von Gray’s Anatomy; Credit b: Modifikation der Arbeit von CDC)

Die Brüste bestehen aus Brustdrüsen und Fett. Die Größe der Brust wird durch die Menge des hinter der Drüse abgelagerten Fetts bestimmt. Jede Drüse besteht aus 15 bis 25 Lappen mit Ausführungsgängen, die an der Brustwarze münden und das Stillkind mit nährstoff- und antikörperreicher Milch versorgen, um die Entwicklung zu fördern und das Kind zu schützen.

Zu den inneren weiblichen Fortpflanzungsorganen gehören die Eierstöcke, die Eileiter, die Gebärmutter und die Vagina, wie in Abbildung 3 dargestellt. Das Paar der Eierstöcke wird durch ein System von Bändern in der Bauchhöhle gehalten. Die Eierstöcke bestehen aus Mark und Rinde: Das Mark enthält Nerven und Blutgefäße, die die Rinde mit Nährstoffen versorgen und Abfallstoffe ausscheiden. Die äußeren Zellschichten der Rinde sind die funktionellen Teile der Eierstöcke. Die Rinde besteht aus Follikelzellen, die die Eizellen umgeben, die sich während der fötalen Entwicklung in der Gebärmutter entwickeln. Während der Menstruation entwickelt sich eine Reihe von Follikelzellen und bereitet die Eizellen auf die Freisetzung vor. Beim Eisprung platzt ein Follikel und ein Ei wird freigesetzt, wie in Abbildung 4a dargestellt.

Abbildung 4. Eizellen entwickeln sich in (a) Follikeln, die sich im Eierstock befinden. Zu Beginn des Menstruationszyklus reift der Follikel heran. Beim Eisprung reißt der Follikel und gibt die Eizelle frei. Der Follikel wird zu einem Gelbkörper, der sich schließlich zurückbildet. Der (b) Follikel in dieser lichtmikroskopischen Aufnahme enthält in seinem Zentrum eine Eizelle. (credit a: Modifikation einer Arbeit der NIH; Maßstabsbalken von Matt Russell)

Die Eileiter erstrecken sich von der Gebärmutter in der unteren Bauchhöhle bis zu den Eierstöcken, stehen aber nicht mit diesen in Kontakt. Die seitlichen Enden der Eileiter laufen trompetenförmig aus und haben einen Saum aus fingerartigen Fortsätzen, die Fimbrien genannt werden (siehe Abbildung 4b). Wenn eine Eizelle beim Eisprung freigesetzt wird, helfen die Fimbrien der unbeweglichen Eizelle, in den Eileiter und in die Gebärmutter zu gelangen. Die Wände der Eileiter sind mit Flimmerhärchen versehen und bestehen hauptsächlich aus glatter Muskulatur. Die Flimmerhärchen schlagen zur Mitte hin, und die glatte Muskulatur zieht sich in dieselbe Richtung zusammen, wodurch das Ei in Richtung Gebärmutter bewegt wird. Die Befruchtung findet normalerweise in den Eileitern statt, und der sich entwickelnde Embryo wird zur Entwicklung in die Gebärmutter transportiert. Die Eizelle oder der Embryo braucht in der Regel eine Woche, um die Eileiter zu durchwandern. Die Sterilisation bei Frauen wird als Eileiterligatur bezeichnet; sie entspricht der Vasektomie beim Mann, bei der die Eileiter durchtrennt und versiegelt werden.

Die Gebärmutter ist ein Gebilde von der Größe der Faust einer Frau. Sie ist mit einem Endometrium ausgekleidet, das reich an Blutgefäßen und Schleimdrüsen ist. Die Gebärmutter trägt den sich entwickelnden Embryo und Fötus während der Schwangerschaft. Der dickste Teil der Gebärmutterwand besteht aus glatter Muskulatur. Die Kontraktionen der glatten Muskulatur in der Gebärmutter unterstützen den Durchtritt des Babys durch die Vagina während der Wehen. Bei jeder Regelblutung wird ein Teil der Gebärmutterschleimhaut abgestoßen, die sich dann zur Vorbereitung der Einnistung wieder aufbaut. Ein Teil der Gebärmutter, der so genannte Gebärmutterhals, ragt in den oberen Teil der Vagina hinein. Der Gebärmutterhals fungiert als Geburtskanal.

Die Vagina ist ein muskulöser Schlauch, der mehrere Aufgaben erfüllt. Sie ermöglicht es dem Menstruationsfluss, den Körper zu verlassen. Sie ist die Aufnahme für den Penis beim Geschlechtsverkehr und das Gefäß für die Geburt des Nachwuchses. Es wird von geschichteten Plattenepithelzellen ausgekleidet, um das darunter liegende Gewebe zu schützen.

Sexuelle Reaktion

Die sexuelle Reaktion beim Menschen ist sowohl psychologisch als auch physiologisch. Beide Geschlechter erleben sexuelle Erregung durch psychische und physische Stimulation. Es gibt vier Phasen der sexuellen Reaktion. In der ersten Phase, der so genannten Erregung, führt die Vasodilatation zu einer Vasokongestion in den Schwellkörpern von Männern und Frauen. Die Brustwarzen, die Klitoris, die Schamlippen und der Penis füllen sich mit Blut und werden vergrößert. Vaginalsekrete werden freigesetzt, um die Vagina zu befeuchten und den Geschlechtsverkehr zu erleichtern. In der zweiten Phase, dem so genannten Plateau, hält die Stimulation an, das äußere Drittel der Vaginalwand dehnt sich mit Blut aus, und Atmung und Herzfrequenz nehmen zu.

In der dritten Phase, dem Orgasmus, kommt es bei beiden Geschlechtern zu rhythmischen, unwillkürlichen Muskelkontraktionen. Beim Mann ziehen sich die Geschlechtsdrüsen und -kanälchen zusammen, so dass der Samen in die Harnröhre gelangt, die sich dann zusammenzieht und den Samen durch den Penis ausstößt. Bei der Frau ziehen sich die Gebärmutter- und Vaginalmuskeln in Wellen zusammen, die jeweils etwas weniger als eine Sekunde dauern können. In der vierten Phase, der Auflösung, kehren die in den ersten drei Phasen beschriebenen Vorgänge wieder in den Normalzustand zurück. Männer erleben eine Refraktärphase, in der sie für einen Zeitraum von Minuten bis Stunden weder eine Erektion aufrechterhalten noch ejakulieren können.

Gametogenese

Die Gametenbildung, die Produktion von Spermien und Eizellen, erfolgt durch den Prozess der Meiose. Während der Meiose trennen sich bei zwei Zellteilungen die gepaarten Chromosomen im Zellkern und dann die Chromatiden, die in einer früheren Phase des Lebenszyklus der Zelle entstanden sind. Bei der Meiose entstehen haploide Zellen mit der Hälfte jedes Chromosomenpaars, das normalerweise in diploiden Zellen zu finden ist. Die Produktion von Spermien wird als Spermatogenese und die Produktion von Eiern als Oogenese bezeichnet.

Spermatogenese

Die in Abbildung 5 dargestellte Spermatogenese findet in der Wand der Hodenkanälchen statt, wobei sich die Stammzellen an der Peripherie des Kanals und die Spermatozoen im Lumen des Kanals befinden. Unmittelbar unter der Kapsel des Tubulus befinden sich diploide, undifferenzierte Zellen. Diese Stammzellen, die Spermatogonien (Singular: Spermatagonium) genannt werden, durchlaufen eine Mitose, wobei sich ein Nachkomme zu einer Samenzelle differenziert und der andere die nächste Generation von Spermien hervorbringt.

Abbildung 5. Während der Spermatogenese entstehen aus jedem primären Spermatozyten vier Spermien.

Die Meiose beginnt mit einer Zelle, dem primären Spermatozyten. Am Ende der ersten meiotischen Teilung entsteht eine haploide Zelle, die sekundäre Spermatozyste. Diese Zelle ist haploid und muss eine weitere meiotische Zellteilung durchlaufen. Die am Ende der Meiose entstandene Zelle wird als Spermatide bezeichnet, und wenn sie das Lumen des Tubulus erreicht und eine Geißel ausbildet, wird sie als Samenzelle bezeichnet. Aus jeder primären Spermatozyte, die die Meiose durchläuft, entstehen vier Spermien.

Die Stammzellen werden während der Trächtigkeit gebildet und sind bei der Geburt bis zum Beginn der Pubertät vorhanden, allerdings in einem inaktiven Zustand. Während der Adoleszenz bewirken gonadotrope Hormone aus dem Hypophysenvorderlappen die Aktivierung dieser Zellen und die Produktion von lebensfähigen Spermien. Dies setzt sich bis ins hohe Alter fort.

Oogenese

Abbildung 6. Der Prozess der Oogenese findet in der äußersten Schicht des Eierstocks statt.

Die Oogenese, die in Abbildung 6 dargestellt ist, findet in den äußersten Schichten des Eierstocks statt. Wie bei der Spermienproduktion beginnt die Oogenese mit einer Keimzelle, die als Oogonium (Plural: Oogonien) bezeichnet wird, aber diese Zelle durchläuft eine Mitose, um ihre Anzahl zu erhöhen, was schließlich zu etwa ein bis zwei Millionen Zellen im Embryo führt.

Die Zelle, die die Meiose einleitet, wird als primäre Oozyte bezeichnet, wie in Abbildung 6 dargestellt. Diese Zelle beginnt mit der ersten meiotischen Teilung und wird in ihrer Entwicklung in der ersten Prophase gestoppt. Zum Zeitpunkt der Geburt befinden sich alle künftigen Eizellen im Prophasestadium. In der Pubertät bewirken Hormone des Hypophysenvorderlappens die Entwicklung einer Reihe von Follikeln in einem Eierstock. Dies führt dazu, dass die primäre Eizelle die erste meiotische Teilung abschließt. Die Zelle teilt sich ungleichmäßig, wobei der größte Teil des Zellmaterials und der Organellen in eine Zelle, die so genannte sekundäre Eizelle, geht und nur ein Chromosomensatz und eine kleine Menge Zytoplasma in die andere Zelle. Diese zweite Zelle wird als Polkörper bezeichnet und stirbt normalerweise ab. Es kommt zu einem zweiten meiotischen Stillstand, diesmal in der Metaphase II. Beim Eisprung wird diese sekundäre Eizelle freigesetzt und wandert durch den Eileiter in die Gebärmutter. Wenn die sekundäre Eizelle befruchtet wird, durchläuft die Zelle die Meiose II und erzeugt einen zweiten Polkörper und eine befruchtete Eizelle, die alle 46 Chromosomen eines Menschen enthält, von denen die Hälfte vom Spermium stammt.

Die Eiproduktion beginnt vor der Geburt, ist während der Meiose bis zur Pubertät gestoppt und wird dann von einzelnen Zellen bei jedem Menstruationszyklus fortgesetzt. Bei jedem meiotischen Prozess wird eine Eizelle produziert, wobei die überzähligen Chromosomen und Chromatiden in Polkörperchen gehen, die degenerieren und vom Körper wieder aufgenommen werden.

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