Razvoj i seksualne funkcije muškarca ovise o složenom sustavu povratne sprege u koji su uključeni hipotalamus, hipofiza i testisi. Spolna disfunkcija može biti posljedica hipogonadizma i niza drugih poremećaja.

Hipotalamus luči GnRH pulsatilno, svako 60–120 min. Adenohipofiza odgovara na svaki puls GnRH lučenjem odgovarajućeg pulsa luteinizirajućeg hormona (LH) i, u manjoj mjeri folikulostimulirajućeg hormona (FSH). Ako se GnRH impulsi ne pojavljuju u pravoj amplitudi. frekvenciji i diurnalnoj varijaciji, može nastati hipogonadizam (idiopatski hipogonadotropni hipogonadizam). Kontinuirana (za razliku od pulsirajući) stimulacija GnRH agonistima (npr. kao za liječenje uznapredovalog raka prostate), zapravo suprimira otpuštanja LH i FSH iz hipofize, a time produkciju testosteron.

Leydigove stanice u sjemeniku odgovaraju na LH stvaranjem 5–10 mg testosterona dnevno. Razina testosterona je najviša u ranim jutarnjim satima, a najniži u večernjim satima; Međutim, kod starijih muškaraca, taj diurnalni uzorak se gubi.

Testosteron se sintetizira iz kolesterola preko više međuproizvoda, uključujući dehidroepiandrosteron (DHEA) i androstendion. U krvotoku je testosteron većinom vezan za bjelančevine, oko 40% za SHBG (engl. sex hormone–binding globulin) i 58% za albumine. Tako, samo oko 2% cirkulirajućeg testosterona je biološki dostupno kao slobodni testosteron. Ova bioaktivna komponenta ukupnog testosterona odgovorna je za muške karakteristike (vidi dolje), libido, koštana i mišićna masa.

Nekih 4–8% testosterona se pretvara u snažniji metabolit dihidrotestosteron (DHT), pomoću enzima 5α–reduktaze u ciljnim tkivima. DHT pokazuje značajne trofičke učinke u prostati i posrednik je androgene alopecije. Spermatogeneza odraslih zahtijeva primjerene količineintratestikularnog testosterona, ali je uloga DHT u tom smislu prijeporna.

Testosteron i DHT imaju metaboličke i druge učinke, uključujući

• Poticanje anabolizma proteina (povećanje mišićne mase i gustoće kostiju)

• Poticanje proizvodnje bubrežnog eritropoetina(povećanje mase crvenih krvnih stanica)

• Stimuliraju matične stanice koštane srži (moduliranje imunosnog sustava)

• Uzrokuju kožne učinke (tj proizvodnja sebuma, rast kose)

• Imaj neurološke učinke (tj, utječu na spoznaju, povećanje libida, a možda i agresivnost)

Testosteron se pomoću enzima aromataza konvertira u estradiol; Estradiol posreduje u većini učinaka testosterona na organe, kao što su kosti i mozak.

Testosteron, DHT i estradiol ostvaruju negativnu povratnu spregu na hipotalamo–hipofiznu os. Estradiol je u muškaraca glavni inhibitor stvaranja LH, dok produkciju FSH koče kako estradiol, tako i inhibin B, peptid kojeg stvaraju Sertolijeve stanice u testisu. U nazočnosti testosterona FSH potiče Sertolijeve stanice i povećava spermatogenezu. Tijekom spermatogeneze svaka zametna stanica (spermatogonij), u neposrednoj blizini Sertolijevih stanica, diferencira se u 16 primarnih spermatocita, svaki od kojih stvara 4 spermatide. Spermatide sazrijevaju u spermatozoe. Spermatogeneza traje 72–74 dana, a svaki dan se stvara oko 100 milijuna novih spermija. Po sazrijevanju spermiji se otpuštaju u mrežu testikularnih kanala, odakle odlaze u epididimis i konačno u vas deferens. Za migriranje su potrebna dodatna 2 tjedna. Prije ejakulacije se spermiji miješaju s izlučevinama sjemenih mjehurića, prostate i bulbouretralnih žlijezda.

Nazočnost Y kromosoma u embriju pokreće razvoj i rast sjemenika, koji počinje lučiti testosteron i jedan inhibitor Müllerovih cijevi već oko 7. tjedna trudnoće. Testosteron virilizira Wolffove kanale (iz kojih nastaju epididimis, vas deferens i sevesiculae seminales). DHT potiče razvoj vanjskog dijela muških genitalija. Razine testosterona dosežu vrhunac u 2. trimestru, da bi pale skoro na ništicu u vrijeme porođaja. Lučenje testosterona potom kratko poraste u prvih 6 mjeseci života nakon čega razina testosterona ostaje niska do puberteta. Anti-Müllerov hormon uzrokuje regresiju ženskih genitalnih organa u fetusu.

LH i FSH su pri porođaju povišeni, ali za par mjeseci padaju na niske ili nemjerljive razine, kakve ostaju sve do puberteta. Nepoznatim mehanizmom nekoliko godina prije puberteta počinju rasti koncentracije adrenalnih androgena DHEA i DHEA sulfata u krvi. Njihova pretvorba u male količine testosterona pokreće rast stidnih i pazušnih dlaka (adrenarha). Adrenarha se može pojaviti već s 9 ili 10 god starosti.

Mehanizmi koji otpočinju pubertet nisu jasni, premda u ranom pubertetu hipotalamus postaje otporniji na inhibicijske učinke spolnih hormona. Ta desenzitizacija povećava izlučivanje LH i FSH, reagirajući na pulsirajuće izlučivanje GnRH, te potiče proizvodnju testosterona i sperme. Kod dječaka, povećana razina testosterona uzrokuje pubertetske promjene, od kojih je prva rast testisa i skrotuma. Kasnije dolazi do povećanja dužine penisa, mišićne mase i gustoće kostiju; glas se produbljuje; i stidne i aksilarne dlake postaju gušće i deblje (vidi sliku).

Lučenje GnRH iz hipotalamusa i odgovor Leydigovih stanica na FSH i LH opadaju s godinama. U starijih osoba se smanjuje broj Leydigovih stanica također. Počevši otprilike od 30. godine, ukupni testosteron muškarca se snižava za 1% godišnje. U dobi od 70–80 god. muškarci imaju koncentracije testosterona koje su otprilike 1/2 – 2/3 razine dvadesetogodišnjaka. Osim toga, SHBG raste s dobi, što dodatno smanjuje količinu slobodnog i bioraspoloživog testosterona. FSH i LH razine su uredne ili na gornjoj granici normale. Te se promjene nazivaju i andropauza, premda nema naglih hormonskih promjena kao u menopauzi. Pad testosterona može doprinijeti kombinacija simptoma pod nazivom manjka androgena pri starenju muškaraca (engleski ADAM), koji uključuje

• Gubitak mišića povezano sa starenjem

• Povećano taloženje masti

• osteopenija;

• Gubitak libida i erektilnu disfunkciju

• kognitivni pad

Ako muškarci imaju ove simptome plus nisku razinu serumskog testosterona, imaju dijagnosticiran hipogonadizam i imaju pravo na liječenje testosteronom.

Davanje testosterona muškarcima s nisko normalnom koncentracijom je kontroverzno. Neki stručnjaci preporučuju pokušaj takve nadoknade starijim muškarcima sa simptomima hipogonadizma, čije su razine testosterona ispod donje granice normale za osobe od 20–40 god. Nema podataka favorizirati bilo koji preparat testosterona specifično za bolesnike s dijagnozom ADAM, iako se čini da su svakodnevne transkutane aplikacije najbliže fiziološkom i najbolje se podnose.