Il varicocele è considerato il responsabile della maggior parte dei casi di infertilità maschile. L’incidenza del varicocele negli uomini con infertilità primaria è del 35-44%, mentre negli uomini con infertilità secondaria l’incidenza di varicocele va dal 45% all’81%. [31,32] Questa correlazione è supportata dalla riduzione delle dimensioni dei testicoli, dalle alterazioni istologiche e della spermatogenesi. Tuttavia non tutti i soggetti con varicocele presentano infertilità e questo rende difficile trovare una relazione causale precisa tra varicocele e infertilità. Infatti non è possibile riconoscere un singolo evento che determini il danno testicolare e l’infertilità, ma la patogenesi è complessa e multifattoriale, con varie ipotesi che sono state formulate. I meccanismi di danno più comunemente riconosciuti sono: l’incremento della temperatura testicolare, l’ipossia, l’effetto tossico dei metaboliti renali e surrenalici, alcune alterazioni endocrinologiche, la modificazione del flusso sanguigno, le anomalie dell’epididimo, lo stress ossidativo, i fattori gonadotossici e l’apoptosi.
Nei pazienti con varicocele abbiamo un aumento della temperatura a livello scrotale, che può determinare un danno a livello dei testicoli, visto che questi necessitano di una temperatura inferiore rispetto a quella corporea per svolgere correttamente le loro funzioni. È comunemente accettato che la differenza di temperatura tra corpo e testicolo sia almeno di 2,2°C, anche se generalmente è maggiore. Vari meccanismi sono presenti per raggiungere questo obiettivo, come la posizione dei didimi nel sacco scrotale in posizione extra-addominale, la presenza in questa zona di numerose ghiandole che
disperdono il calore, la contrazione e il rilasciamento del muscolo Dartos. Inoltre per la regolazione della temperatura è presente un meccanismo di scambio di calore controcorrente tra i fluidi nel cordone spermatico che si muovono in direzioni opposte, e che presentano temperature differenti, come quelli presenti nelle arterie e nelle vene del cordone spermatico.[33] Questo meccanismo sembra essere compromesso nel varicocele a causa della stati venosa, dell’ispessimento e della varicosità delle vene del cordone spermatico. L’incremento di temperatura si rende alla fine responsabile del danneggiamento delle cellule germinali, alterando il loro metabolismo e la divisione cellulare. L’ipertermia infatti danneggia alcune proteine che legano l’RNA e inibisce alcuni enzimi coinvolti nella replicazione del DNA, in particolare la DNA polimerasi, che svolge un’attività ottimale alla temperatura di 33°C. Una ridotta attività di alcuni sottotipi di DNA polimerasi è stata ritrovata nel 50% dei testicoli di pazienti infertili con varicocele. [13]
Un’altra ipotesi riguardo alla patogenesi del danno testicolare prende in considerazione l’ipossia a livello del parenchima testicolare dovuta alla stasi venosa, e che a lungo andare potrebbe determinare un danno all’epitelio dei tubuli seminiferi. Questa ipotesi è ritenuta poco probabile da alcuni autori poiché abbiamo un reflusso di sangue venoso reno-spermatico, sangue che presenta una alta concentrazione di ossigeno. [34] Altri invece la ritengono attendibile ed hanno anche evidenziato la presenza di markers di ipossia nel varicocele. Infatti a livello della vena spermatica interna abbiamo elevati livelli di HIF-1α, VEGF, e adrenomedullina nel paziente affetto da varicocele. [35] Nel varicocele, anche a causa della peculiare anatomia, con lo sbocco della vena surrenalica praticamente in posizione opposta rispetto alla vena spermatica interna sinistra, si può avere il reflusso di metaboliti renali e surrenalici, che possono raggiungere il testicolo. Questi determinerebbero una eccessiva vasocostrizione. Non
c’è però supporto unanime a questa teoria. Alcuni autori hanno trovato una correlazione tra danno testicolare e reflusso di metaboliti surrenalici in studi su ratti [36], altri hanno trovato un aumento della concentrazione di catecolamine nella vena spermatica sinistra, altri ancora non hanno confermato questi risultati. Anche incrementi di prostaglandine E2 e F2α, serotonina e adrenomedullina sono stati ritrovati, ma il loro significato è ancora più incerto. [13]
Nel varicocele possiamo avere una disfunzione delle cellule di Leydig e di Sertoli. Questo si può ripercuotere in un deficit nella steroidogenesi, fondamentale per la spermatogenesi, e nelle alterazioni di altri parametri come LH, FSH e inibina B.
Un ruolo centrale nell’induzione del danno testicolare sembra essere svolto dallo stress ossidativo. I ROS sono fisiologicamente prodotti dal metabolismo cellulare e sono fondamentali per la trasduzione di segnali da parte degli spermatozoi, intervenendo nei processi della fecondazione e andando a regolare la capacitazione. Normalmente sono presenti antiossidanti che vanno a neutralizzare i ROS evitando lo stress ossidativo, che invece si realizza quando c’è uno sbilanciamento tra fattori protettivi e offensivi. Numerosi studi hanno dimostrato che nel paziente con varicocele abbiamo un aumento dei ROS, con un maggiore stress ossidativo. Il danno al DNA del gamete maschile è uno dei maggiori fattori che determinano infertilità, e i ROS sono i maggior responsabili della frammentazione del DNA spermatico. La frammentazione è maggiore nei pazienti affetti da varicocele, sia che essi siano fertili o no, a dimostrazione che è la condizione stessa di varicocele che determina danno al DNA. [37]
Il varicocele è associato anche ad un incremento dell’apoptosi all’interno del testicolo. Infatti vari fattori pro-apototici sono stati correlati all’infertilità associata al varicocele. Tra questi abbiamo un l’accumulo di cadmio, la deprivazione di androgeni, l’aumento di temperatura e IL-6. [38, 39, 40]
Recenti studi hanno dimostrato anche altre possibili alterazioni coinvolte nell’infertilità varicocele-correlata. È stata dimostrata un’anomala espressione del recettore della leptina sulle cellule germinali, un aumento dell’espressione dell’eme-ossigenasi sulle cellule di Leydig e un aumento dell’espressione del recettore per l’acquaporina-1 sulla membrana delle cellule endoteliali delle venule e su varie altre cellule. [7]
Tutti questi meccanismi concorrono nella formazione del danno biologico al testicolo. Questo danno si rende visibile anche all’esame istologico, e anche se più evidente dal lato affetto dalla patologia, interessa entrambi i testicoli. Le lesioni nell’adolescente sono meno gravi rispetto alle alterazioni che ritroviamo nell’adulto, a dimostrazione dell’evoluzione nel tempo delle lesioni dovute al varicocele. Le alterazioni istologiche nei soggetti adolescenti determinano importanti problemi di interpretazione e sono mal valutabili finché il soggetto non raggiunge uno stadio avanzato di maturazione puberale (stadio di Tanner 4 o 5) . Riguardano sia i tubuli seminiferi, che spesso appaiono anche ridotti di diametro, con alterazioni dell’epitelio germinale e della loro parete, sia l’interstizio. I testicoli degli adolescenti mostrano gradi variabili di anomalie nella spermatogenesi, con arresto maturativo nelle varie fasi della stessa, riduzione del numero degli spermatozoi e vacuolizzazione degli spermatogoni. Possibile anche la presenza di atrofia e ipoplasia delle cellule di Sertoli.
A livello dell’epitelio seminifero possiamo trovare variazioni del diametro tubulare e all’interno di essi frequentemente ritroviamo cellule germinali immature desquamate. I quadri anatomopatologici che possiamo trovare a questo livello sono vari. Si può avere l’ipospermatogenesi, caratterizzata da spermatozoi che hanno svolto correttamente le varie fasi di maturazione, ma che sono ridotti in numero. Un’altra condizione che possiamo trovare è l’arresto maturativo in uno dei vari stadi della spermatogenesi. Il quadro più impegnativo è rappresentato dalla Sertoli-cell-only syndrome, in cui
troviamo solo cellule di Sertoli che compongono l’epitelio seminifero, con la completa assenza delle cellule germinali. Le alterazioni a livello dell’epitelio seminifero possono essere degli indicatori per il successo dell’intervento di riparazione del varicocele. Infatti nei pazienti con diagnosi istologica di ipospermatogenesi e arresto maturativo in fase spermatidica notiamo un miglioramento dei parametri seminali post-intervento, mentre ciò non accade nei pazienti con arresto maturativo precoce e Sertoli-cell-only syndrome. [41]
Tab. 5: Alterazioni a carico dell’epitelio seminifero. [41]
Ipospermatogenesi: spermatozoi che hanno svolto tutti gli steps della spermatogenesi, ma presenti in numero ridotto.
Arresto maturativo: assenza di spermatozoi maturi. -arresto maturativo tardivo (fase spermatidica) -arresto maturativo precoce (fase spermatocitica)
Fig. 10: Biopsia testicolare di un soggetto con varicocele. [42]
Severe hypospermatogenesis. The tubules consist predominantly of adult type Sertoli cells with rare late stage forms and few primary spermatocytes. Hematoxylin and eosin (X63).
Fig. 11: Germ cell aplasia [43] Fig. 12: Maturation arrest [43]
Possiamo trovare anche alterazioni della membrana basale dei tubuli, che appare ispessita in seguito ad un aumento delle componenti extracellulari, sia in seguito ad iperplasia cellulare. Studi di immunofluorescenza, mirati all’identificazione del collagene di tipo IV e della laminina, hanno messo in evidenza la presenza di zone con ampi depositi di collagene di tipo IV, alternate a zone con scarsa deposizione. Possibile è anche il riscontro di infiltrati infiammatori peritubulari.
Tab 6: Alterazioni a carico delle pareti del tubulo seminifero.
Ispessimento o iperplasia degli strati cellulari Ispessimento o proliferazione degli strati acellulari Ispessimento combinato cellulare e acellulare
Fig. 13: Biopsia testicolare in paziente con varicocele.
A carico delle pareti di queste sezioni tubulari si osservano gravi danni consistenti prevalentemente nell'ispessimento dello strato acellulare interno (freccia), che si associa ad un meno evidente ispessimento di tipo cellulare fibroso. Nell'interstizio si osservano: (a) ispessimento della parete dei vasi; (b) involuzione per incarceramento delle Cellule di Leydig; (c) interstizio edematoso e con ridotto numero di Cellule di Leydig rispetto ai fibroblasti. Ingrandimento 250 x c.a.
Le alterazioni interstiziali possono riguardare le cellule di Leydig, nelle quali sono state trovate tre tipi di lesioni, che sono simili a quelle ritrovate nell’adulto. In particolare troviamo atrofia di queste cellule, proliferazioni di cellule di Leydig immature come tentativo di riparazione, e infine iperplasia. La presenza di atrofia determina una
prognosi migliore per quanto riguarda la fertilità, rispetto all’iperplasia in cui la possibilità che il soggetto sia infertile è molto alta. Le cellule di Sertoli possono presentare una vacuolizzazione citoplasmatica apicale, una dilatazione del reticolo endoplasmatico lisco e alterazioni nelle giunzioni con le cellule germinali. Possiamo trovare delle alterazioni anche a livello dei vasi sanguigni. Le cellule endoteliali dei capillari appaiono ingrandite, mostrano un aumento del numero dei nuclei e delle vescicole di pinocitosi. Queste modificazioni suggeriscono un’iperplasia dell’endotelio. Inoltre possiamo anche notare un aumento della componente di collagene nella tonaca avventizia delle piccole vene. Queste alterazioni vascolari sembrano precedere nel tempo le alterazioni a livello dei tubuli seminiferi. Nell’interstizio è frequente il rinvenimento di edema e quasi costante è la presenza di fibrosi. [13]
Tab 7: Alterazioni interstiziali
Fibrosi
Ispessimento pareti cellulari Atrofia cellule di Leydig Iperplasia cellule di Leydig
Riduzione rapporto Leydig/fibroblasti