Die Urologie
Autoren
Klaus Steger

Anatomische und physiologische Grundlagen der Fertilität und der sexuellen Funktion

Die männlichen Geschlechtsorgane gliedern sich in Hoden, Nebenhoden, Samenleiter, akzessorische Geschlechtsdrüsen und Penis. In den paarigen Hoden produzieren die Leydig-Zellen das Geschlechtshormon Testosteron. Im Keimepithel der Hodentubuli läuft die Spermatogenese ab, die in der permanenten Produktion einer Vielzahl von Spermien resultiert. Diese werden in den beiden Nebenhoden zwischengelagert und erreichen dort ihre endgültige Befruchtungsfähigkeit. Beim Samenerguss werden den Spermien auf ihrem Weg durch den Samenleiter die Sekrete der akzessorischen Geschlechtsdrüsen beigemengt, der Prostata, sowie den Bläschendrüsen und den Bulbourethraldrüsen. Männliche Unfruchtbarkeit kann prinzipiell zwei mögliche Ursachen haben: verminderte oder fehlende Spermienproduktion bzw. verminderte oder fehlende Versteifung des Glieds.
Die männlichen Geschlechtsorgane gliedern sich in Hoden, Nebenhoden, Samenleiter, akzessorische Geschlechtsdrüsen und Penis. In den paarigen Hoden produzieren die Leydig-Zellen das Geschlechtshormon Testosteron. Im Keimepithel der Hodentubuli läuft die Spermatogenese ab, die in der permanenten Produktion einer Vielzahl von Spermien resultiert. Diese werden in den beiden Nebenhoden zwischengelagert und erreichen dort ihre endgültige Befruchtungsfähigkeit. Beim Samenerguss werden den Spermien auf ihrem Weg durch den Samenleiter die Sekrete der akzessorischen Geschlechtsdrüsen beigemengt, der Prostata, sowie den Bläschendrüsen und den Bulbourethraldrüsen. Männliche Unfruchtbarkeit kann prinzipiell zwei mögliche Ursachen haben: verminderte oder fehlende Spermienproduktion bzw. verminderte oder fehlende Versteifung des Glieds.

Hoden, Nebenhoden und Samenleiter

Hoden

Die paarig angelegten Hoden besitzen ein Volumen von je 12–30 ml, wobei ein Absinken des Gesamtvolumens unter 15 ml mit Subfertilität verbunden ist (Abb. 1). Bei etwa 85 % der Männer hängt der rechte Hoden etwas tiefer als der linke, was in der unterschiedlichen Blutversorgung beider Hoden begründet ist. Die Blutzufuhr erfolgt über die beiden Hodenarterien Aa. testiculares. Diese entspringen aus der Aorta abdominalis und treten nach Verlassen der Bauchhöhle in den Samenstrang (Funiculus spermaticus) ein. Hier werden sie vom Plexus pampiniformis der Hodenvenen Vv. testiculares umsponnen. Während die V. testicularis dextra in die V. cava inferior mündet, verläuft die V. testicularis sinistra zur V. renalis sinistra. Zusammen mit den Hodenvenen verlaufen die Lymphgefäße zu den Lendenlymphknoten (Nodi lymphoidei lumbales), wo im Falle eines Hodentumors Metastasen auftreten können. Die Innervation des Hodens erfolgt durch den Sympathikus, wobei sich die Fasern in der Bindegewebskapsel (Tunica albuginea) verzweigen und nicht ins Hodengewebe eindringen. Die hohe Schmerzempfindlichkeit des Hodens wird über Äste des N. genitofemoralis vermittelt, dessen motorische Anteile den M. cremaster innervieren. Nach einer chirurgischen Korrektur eines Leistenbruchs können daher Schmerzen in den Hoden auftreten.
Die Hoden befinden sich, zusammen mit den Nebenhoden, im Hodensack (Skrotum). Durch das Zusammenspiel von Zu- und Abfluss des Blutes, sowie Kontraktion und Relaxation des M. cremaster und der glatten Muskelzellen der Tunica dartos, die sich unter der Skrotalhaut befindet, wird die Körpertemperatur innerhalb des Skrotums auf 34,4 °C eingestellt. Temperaturen über 36,7 °C wirken sich negativ auf die Spermienproduktion aus.

Spermatogenese

Die beiden Hauptfunktionen der Hoden sind
1.
die Produktion von männlichen Geschlechtshormonen, die in den Leydig-Zellen stattfindet und
 
2.
die Produktion von befruchtungsfähigen Spermien, die im Keimepithel der Tubuli seminiferi entlang der Oberfläche der Sertoli-Zellen erfolgt (Abb. 2).
 
Benachbarte Sertoli-Zellen bilden sog. Sertoli-Sertoli Junctional Complexes aus und unterteilen das Keimepithel in ein basales und ein adluminales Kompartiment. Im Laufe der Spermatogenese müssen die Keimzellen diese Sertoli-Zellschranke, welche die anatomische Grundlage der Blut-Hoden-Schranke darstellt, passieren und folgende 3 Entwicklungsstadien durchlaufen:
1.
Mitose: Nach mitotischer Teilung einer spermatogonialen Stammzelle bleibt eine der beiden Tochterzellen als Stammzelle erhalten, während die andere weitere Zellteilungen durchläuft und schließlich in die geschlechtliche Teilung (Meiose) eintritt.
 
2.
Meiose: Bei der 1. meiotischen Teilung entstehen aus einer primären Spermatozyte 2 sekundäre Spermatozyten. Beide Zellen bilden in der 2. meiotischen Teilung je 2 runde Spermatiden. Damit bei der späteren Verschmelzung von Spermium und Oozyte die artspezifische Chromosomenzahl in den Nachkommen erhalten bleibt, muss der Chromosomensatz in den Keimzellen halbiert werden, Spermium und Eizelle sind also haploid.
 
3.
Spermiogenese: Runde Spermatiden sind Vorläuferzellen der Spermien. Sie teilen sich nicht mehr, machen aber während ihrer Differenzierung zu reifen Spermien eine Vielzahl von morphologischen, biochemischen und physiologischen Umstrukturierungen durch, wie z. B. die Kondensation des Kernchromatins sowie die Ausbildung des Akrosoms und des Flagellums.
 
Da alle Zellteilungen – von der Spermatogonie bis zu den Spermatiden – unvollständig ablaufen, stehen die einzelnen Zellen des Zellklons über Zytoplasmabrücken miteinander in Verbindung, was als Voraussetzung für die Synchronisation der Keimzellentwicklung angesehen wird. Da die Keimzellen permanenten Proliferations- und Differenzierungsprozessen unterliegen, sind an Querschnitten von Hodentubuli lichtmikroskopisch unterschiedliche Keimzellpopulationen sichtbar, die verschiedene Entwicklungsphasen der Keimzellen repräsentieren und zu definierten Stadien des Keimepithelzykluses zusammengefasst werden. Beim Mann wird der Keimepithelzyklus in 6 Stadien unterteilt (Clermont 1963). Die Entwicklung von einer Spermatogonie zu 4 noch unbeweglichen testikulären Spermatozoen dauert 74 Tage. Da sich hieran eine 8–17 Tage dauernde Reifungsphase im Nebenhoden anschließt, nimmt die Entwicklung eines befruchtungsfähigen Spermiums aus einer Spermatogonie insgesamt einen Zeitraum von 82 Tagen in Anspruch.

Regulation der Spermatogenese

Die permanente und parallele Entwicklung unterschiedlicher Keimzellpopulationen erfordert stringente Regulationsmechanismen, die auf unterschiedlichen Ebenen lokalisiert sind:
1.
Endokrine Ebene: Zur Aufrechterhaltung der Spermatogenese ist eine hohe, lokale Testosteronkonzentration nötig, die durch Bindung von Testosteron an androgenbindendes Protein (ABP) erreicht wird. Die hormonelle Regulation der Spermatogenese erfolgt durch das Zusammenspiel von Hypothalamus, Hypophyse und Hoden. Neurone des Hypothalamus produzieren das Gonadotropin-releasing-Hormon (GnRH), das in der Hypophyse die Synthese von 2 weiteren Hormonen induziert, luteinisierendes Hormon (LH) und follikelstimulierendes Hormon (FSH). Hohe GnRH-Impulsraten (1 Impuls/h) führen zur Sekretion von LH. Dieses induziert im Hoden die Synthese von Testosteron durch die Leydig-Zellen, die über einen negativen Rückkopplungsmechanismus die Hormonproduktion in Hypothalamus und Hypophyse senkt. Niedrige GnRH-Impulsraten (1 Impuls/2 h) resultieren hingegen in der Synthese von FSH. Dieses bindet an die Sertoli-Zellen und induziert dadurch die Produktion von ABP, mit dessen Hilfe Testosteron die Sertoli-Zellschranke passieren kann. Über Aktivin bzw. Inhibin, die ebenfalls von der Sertoli-Zelle synthetisiert werden, kann die Sertoli-Zelle die Hormonproduktion in Hypothalamus und Hypophyse steigern bzw. senken (Abb. 3).
 
2.
Genetische Ebene: Das wohl einschneidendste Ereignis während der Spermatogenese ist der Austausch DNA-bindender Histone gegen Protamine (Steger 1999), da die Bindung der Protamine an die DNA in einer enormen Kondensation des Kernchromatins resultiert, die jegliche weitere Genexpression unterbindet (Balhorn 1982, Ward 1993). Dieser Stopp der Genexpression erfolgt in den sich elongierenden Spermatiden, zu einem Zeitpunkt also, wo noch eine Vielzahl von Proteinen benötigt werden, um z. B. die Chromatinkondensation zu vollenden oder das Akrosom und das Flagellum auszubilden. Für die vollständige Keimzellreifung ist daher eine zeitlich exakte Koordination von Transkription und Translation Voraussetzung (Steger 1999).
 
3.
Epigenetische Ebene: Aktuelle molekularbiologische Untersuchungen beschäftigen sich mit dem Spermien-Epigenom. Erste Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Spermium bei der Befruchtung neben seinem haploiden Chromosomensatz auch epigenetische Markierungen auf die Eizelle überträgt und somit Einfluss auf die Embryonalentwicklung nimmt (Schagdarsurengin et al. 2012).
 

Embryologie des Hodens

Etwa in der 4. Schwangerschaftswoche (SSW) wird neben den Nieren die Gonadenanlage sichtbar. Für die geschlechtsspezifische Differenzierung zum Hoden ist das auf dem Y-Chromosom lokalisierte SRY-Gen verantwortlich (George und Wislon 1986; Abb. 4)). Etwa ab der 6. SSW gruppieren sich Sertoli-Zellen um die aus dem Dottersack eingewanderten primordialen Keimzellen und formen Hodentubuli aus. Während der weiteren Entwicklung bis zur Geburt wandern die Hoden vom Bauchraum durch den Leistenkanal in das Skrotum ein (Descensus testis). Ein unvollständiger Hodenabstieg (Kryptorchismus) führt zu Infertilität. In über 95 % der Fälle befindet sich der unvollständig abgestiegene Hoden innerhalb des Leistenkanals (Kolon et al. 2004, Abb. 5). Parallel zum Hodenabstieg verlagert sich auch der Processus vaginalis peritonei ins Skrotum und bildet dort die Cavitas serosa scroti aus. Bei unvollständigem Verschluss können Teile des Darms durch den Leistenkanal in die Cavitas serosa scroti vorfallen (indirekte Leistenhernie).

Nebenhoden und Samenleiter

Nachdem die Spermatozoen von den Sertoli-Zellen in das Lumen der Tubuli seminiferi abgegeben wurden, sammeln sich diese im Rete testis und gelangen über die Ductuli efferentes in den Ductus epididymidis (Nebenhodengang).
Der Nebenhoden (Epididymis) gliedert sich in Kopf (Caput epididymidis), Körper (Corpus epididymidis) und Schwanz (Cauda epididymidis), der als Speicherorgan für die im Hoden produzierten Spermatozoen dient. Während ihrer Passage durch den Nebenhoden durchlaufen die Spermatozoen einen Reifungsprozess, durch den sie die für die Befruchtung einer Eizelle nötige Eigenbeweglichkeit erlangen. Die volle Befruchtungsfähigkeit bildet sich jedoch erst innerhalb des weiblichen Reproduktionstrakts aus (Kapazitation).
Der gesamte Nebenhoden wird von einem etwa 6 m langen Nebenhodengang durchzogen. In diesen gelangen die in den Tubuli seminiferi produzierten Spermatozoen über das Rete testis und die Ductuli efferentes. Der Ductus epididymidis ist mit einem mehrreihigen, hochprismatischen Säulenepithel ausgekleidet, das einer glatten Muskelschicht aufliegt. Neben Hauptzellen mit Stereozilienbesatz kommen noch Basalzellen vor, die als Ersatz für verloren gegangene Hauptzellen dienen (Abb. 6). Vom Kopf zum Schwanz des Nebenhodens nimmt die Höhe des Epithels kontinuierlich ab, während der Durchmesser des Nebenhodengangs zunimmt.
Der Samenleiter (Ductus deferens) ist 30–40 cm lang und wird anatomisch in Pars funiculi spermatici, Pars inguinalis, Pars pelvina, Ampulla ductus deferentis und Ductus ejaculatorius untergliedert. Charakteristisch ist
1.
Sein enges Lumen (ca. 0,5 mm), welches kurz vor der Mündung in die Pars prostatica der Urethra (Ampulla ductus deferentis) erweitert und an der Spitze der Glans penis (Ductus ejaculatorius) verengt ist,
 
2.
Seine stark gefaltete Schleimhaut (Tunica mucosa) und
 
3.
Seine kräftige Tunica muscularis (1–1,5 mm) aus 3 Schichten glatter Muskulatur (Abb. 7).
 
Letztere verleiht dem Samenleiter eine harte Struktur und macht ihn dadurch im Samenstrang (Funiculus spermaticus) tastbar. Weitere Bestandteile des Samenstrangs sind: A. testicularis, A. ductus deterentis, A. cremasterica, Plexus pampiniformis, Lymphgefäße, N. genitofemoralis, sympathische Nervenfasern und Processus vaginalis. Bei unvollständigem Verschluss des Processus vaginalis können Darmanteile in den Samenstrang vorfallen (indirekte Leistenhernie). Etwa 7 % der Paare wählen die Vasektomie, die Unterbindung des Samenleiters, als Methode zur Geburtenkontrolle (Schlegel und Goldstein 1995).
Cave
Der Samenstrang weist bei Neugeborenen und während der Pubertät eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber Torsionen auf, wobei der Hoden rotiert und von der Blutzufuhr abgeschnitten werden kann. Innerhalb weniger Stunden kann der betroffene Hoden so irreversibel geschädigt werden.

Akzessorische Geschlechtsdrüsen

Der männliche Reproduktionstrakt umfasst 3 akzessorische Geschlechtsdrüsen, die unpaarige Prostata (Vorsteherdrüse), sowie die paarig angelegten Samenblasen bzw. Bläschendrüsen (Glandulae vesiculosae) und Bulbourethraldrüsen (Cowper´sche Drüsen; Abb. 1).

Prostata

Die Prostata (Vorsteherdrüse) ist ca. 2×3×4 cm groß und umgreift die Urethra unterhalb der Harnblase, der sie anliegt. Innerhalb der Prostata münden die beiden Ductus ejaculatorii über die Colliculi seminales in die Urethra. Der untere Pol der Prostata reicht bis zum Diaphragma urogenitale, der ventrale Teil befindet sich nahe des Os pubicum und der dorsale Teil in direkter Nachbarschaft zur Ampulla des Rektums. Letztere Tatsache erlaubt die rektale Palpation der Prostata in ca. 4 cm Entfernung vom Anus.
Nach der Nomenklatur von McNeal (1983) wird die Prostata von innen nach außen in 3 konzentrische Zonen eingeteilt (Abb. 8):
  • Die zentrale Zone umgreift die Urethra und die beiden Ductus ejaulatorii und umfasst etwa ein Drittel der Drüse.
  • Die periurethrale Zone beinhaltet Drüsen, die aus Divertikeln der Urethra hervorgegangen sind.
  • Die periphere Zone enthält den distalen Teil der Urethra und die Mehrheit des Drüsengewebes.
Dieses besteht aus 30–50 verzweigten, tubulo-alveolären Drüsen, deren 15–30 Ausführungsgänge beiderseits des Colliculus seminalis der Pars prostatica der Urethra münden. Die Prostata ist in ein fibromuskuläres Stroma eingebettet und wird von einer fibroelastischen Kapsel umgeben.
Die Prostatadrüsen sind meist verzweigt und ihr Lumen erscheint durch Auffaltungen der Schleimhaut unterteilt. Das Epithel ist uneinheitlich, wobei die Höhe von der sekretorischen Aktivität, der hormonellen Situation und dem Alters abhängig ist. Es enthält Sekretzellen und Basalzellen, die als Vorläuferzellen der Sekretzellen gelten (Abb. 9). Häufig treten auch eosinophile Körperchen (Corpora amylacea) auf, die nicht selten einen Kalzifizierungsprozess durchlaufen und dann als Prostatastein e mit einem Durchmesser von bis zu 1 mm sichtbar sind.
Die Sekretzellen enthalten reichlich endoplasmatisches Retikulum, einen deutlich ausgebildeten Golgi-Apparat, viele Mitochondrien und Sekretvakuolen. Als Leitenzym der Prostata gilt die saure Phosphatase, die das Sekret leicht sauer macht (pH 6,4). Das Prostatasekret bildet etwa 30 % der Samenflüssigkeit. Es enthält viele Enzyme, Zitronensäure, Prostaglandine, Zink (das für den Testosteronstoffwechsel benötigt wird) und Spermin (das für den typischen Geruch der Samenflüssigkeit verantwortlich ist). Die Sektretion wird über Dihydrotestosteron (DHT) gesteuert.
Bei der benignen Prostatahyperplasie (BPH) kommt es zu einer Vergrößerung der zentralen Zone der Prostata, die bereits ab dem 40. Lebensjahr einsetzen und zum vollständigen Verschluss der Urethra führen kann.
Im Gegensatz dazu haben die Prostatitis und das Prostatakarzinom (PCa) ihren Ursprung meist in der peripheren Zone der Prostata. Das PCa betrifft meist ältere Männer und stellt den zweithäufigsten Tumor bei über 50-jährigen Männern dar.

Samenblase oder Bläschendrüse

Die Samenblasen oder Bläschendrüsen (Glandulae vesiculosae) befinden sich posterior-inferior zur Harnblase und lateral zur Ampulla des Samenleiters. Unter einer äußeren Bindegewebsschicht liegt die Tunica muscularis aus äußerer Längsmuskulatur und innerer Ringmuskulatur. Nahe dem Lumen befindet sich die Tunica mucosa aus mehrreihigem, iso- bis hochprismatischem Epithel. Die Epithelhöhe ist abhängig von der Aktivität und wird vom Serum-Testosteronspiegel beeinflusst.
In der Samenblase kommen keine Spermien (Samen) vor, die Bezeichnung ist historisch gewachsen. Das Sekret ist stark sauer und bildet 60–80 % des Ejakulatvolumens. Es enthält verschiedene Proteine und Enzyme, sowie Vitamin C und Metabolite, die für die Ernährung der Spermien von Bedeutung sind.
Der Fruktosegehalt (Referenzwert >13 μmol/Ejakulat; WHO 1999) dient als Bioindikator zum Nachweis der Funktionalität der Samenblasen und zum Nachweis einer Obstruktion der ableitenden Samenwege. Ein ebenfalls enthaltenes gelbliches und flavinreiches Pigment fluoresziert im UV-Licht und wird in der Rechtsmedizin zum Nachweis von Spermaflecken genutzt. Prostaglandine stimulieren die glatten Muskelzellen des weiblichen Genitaltrakts und fördern somit die Wanderung der Spermien von der Vagina zum Uterus.

Penis

Der Penis (Glied) setzt sich aus 3 Gewebesäulen zusammen, den paarig angelegten Corpora cavernosa und dem unpaarigen Corpus spongiosum, dessen oberes Ende zur Glans penis (Eichel) erweitert ist. Diese wird durch Retraktion des Preputium (Vorhaut) sichtbar. An der Spitze der Glans penis liegt die Öffnung der Urethra, welche innerhalb des Corpus spongiosum verläuft und als Transportleitung für Urin und Samenflüssigkeit dient (Abb. 10).
Für das Verständnis des Funktionsprinzips der Erektion ist die Kenntnis der Blutversorgung und der Innervation unabdingbare Voraussetzung. Die Blutzufuhr erfolgt über die A. pudenda interna dextra et sinistra, die sich in 3 Äste aufzweigt:
  • die A. dorsalis penis versorgt Haut, Preputium und Glans,
  • die A. profunda penis bildet mehrere Aa. helicinae aus, die in das Hohlraumsystem der beiden Corpora cavernosa münden,
  • die A. bulbi penis zieht zur Urethra und dem Corpus spongiosum.
Viele Vv. circumflexae vereinigen sich zur V. dorsalis penis, die in den Plexus vesicoprostaticus mündet. Die Lymphdrainage erfolgt über Nodi lymphatici inguinales, die sensorische Innervation über den N. pudendus. Der Sympathikus ist für die Vasokonstriktion verantwortlich, während der Parasympathikus eine Vasodilatation bewirkt (Abb. 10).
Eine Erektion kommt durch eine durch den Parasympathikus (S3 des Rückenmarks) verursachte Dilatation der Aa. helicinae zustande, die in einem Blutzufluss in die Hohlräume der beiden Corpora cavernosa resultiert. Das sich vergrößernde und erhärtende Gewebe drückt auf die Venen und unterbindet somit den Blutabfluss.
Im Gegensatz zur Erektion wird die Ejakulation durch den Sympathikus (L2/3 des Rückenmarks) hervorgerufen und wird zudem meist von einem Orgasmus begleitet. Beim Samenerguss werden die im Nebenhodenschwanz gespeicherten Spermien durch Kontraktion der glatten Muskelzellen des Samenleiters in die Urethra geschleudert. Der Impuls hierfür kommt von sympathischen, noradrenergen Nerven des Bauch- und Beckenraumes, der in einer Freisetzung von Norepinephrin resultiert, welches an Alpha-1A-Rezeptoren der glatten Muskelzellen bindet (Kihara 1998). Kontraktionswellen des M. bulbospongiosus und des M. ischiocavernosus schleudern die Spermien dann aus dem Penis in die Vagina.

Zusammenfassung

  • Hoden: Spermien- und Testosteronbildung; Gliederung der Spermatogenese in Mitose, Meiose und Spermiogenese; Regulation der Spermatogenese auf endokriner, genetischer und epigenetischer Ebene; Embryologie: Descensus testis, Kryptorchismus, Leistenhernie.
  • Nebenhoden: Spermienreifung und -speicherung. Samenleiter: Spermientransport.
  • Akzessorische Geschlechtsdrüsen: Prostata, Bläschendrüsen und Bulbourethraldrüsen; Gliederung der Prostata in zentrale, periurethrale und periphere Zone; benigne Prostatahyperplasie hat Ursprung in zentraler Zone; Prostatitis und Prostatakarzinom haben Ursprung in peripherer Zone.
  • Penis: Aufbau aus paarigen Corpora cavernosa und unpaarigem Corpus spongiosum mit Urethra; Erektion parasympathisch gesteuert (S3); Ejakulation sympathisch gesteuert (L2/3).
Literatur
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