Un obstáculo de esperma al huevo

Fuente: Caricatura original de Alex Martin

Algunos hombres producen demasiados espermatozoides. Ese hecho poco mencionado fue el foco de mi publicación anterior en el blog. (Consulte Por qué demasiados espermatozoides estropean el huevo , publicado el 11 de agosto de 2017.) Con demasiados espermatozoides, una nube inusualmente densa rodea el óvulo y más de un espermatozoide puede penetrar ( polispermia ). En la mayoría de los casos humanos, dos espermatozoides fecundan un óvulo, produciendo un embrión con un conjunto adicional de cromosomas además del par normal del padre y la madre ( condición triploide ). El conjunto cromosómico adicional inevitablemente tiene efectos catastróficos, con pérdida del feto o muerte del bebé a las pocas horas del nacimiento. Algún tipo de anormalidad cromosómica está presente en aproximadamente la mitad de todos los abortos espontáneos, y una cuarta parte de esas anormalidades involucran conjuntos de cromosomas adicionales.

Día 1 zigoto humano producido por un solo espermatozoide fertilizando un huevo. Se pueden ver pronúcleos femeninos y masculinos y un cuerpo polar.

Fuente: Autor: NinaSes (2015). Wikimedia Commons; archivo licenciado bajo la licencia Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International.

La odisea de los espermatozoides

Aunque los eyaculados de los mamíferos machos generalmente contienen un gran número de espermatozoides -alrededor de 250 millones en promedio en humanos-, sorprendentemente pocos suelen acercarse a un huevo. De hecho, el tracto reproductivo de las hembras de mamíferos parece estar especialmente adaptado para minimizar el número de espermatozoides que alcanzan los tramos superiores del oviducto (el tubo por el cual el óvulo viaja hasta llegar al útero).

Un artículo de 2006 de Susan Suárez y Allan Pacey revisó con maestría la odisea que enfrenta a los espermatozoides que pasan por el tracto reproductivo femenino. Para empezar, solo una parte de la eyaculación escapa de la acidez hostil de la vagina hacia el cuello del útero ( cuello uterino ). Luego, a medida que los espermatozoides migran hacia el cuello uterino, los filamentos de moco filtran cualquier forma anormal o nadan demasiado despacio. Cuando la barrera cervical se pasa por alto inyectando semen directamente en el útero ( inseminación intrauterina – IUI ), el éxito del embarazo supera los niveles de más de 20 millones de espermatozoides. Esto sugiere que solo el 10% de los espermatozoides en una eyaculación natural alcanzan el útero. Una vez que los espermatozoides ingresan al útero, las contracciones musculares ayudan a su paso al oviducto. Solo unos pocos miles de espermatozoides entran en el entorno relativamente agradable del oviducto. Su extremo inferior, el istmo , sirve como un depósito donde los espermatozoides se unen al revestimiento del oviducto y luego se liberan de forma escalonada. Después de la liberación, los espermatozoides se capacitan y se vuelven hiperactivos, lo que les permite viajar al extremo superior del oviducto ( ampolla ), donde se produce la fertilización. El resultado de todos los obstáculos encontrados es que solo un centenar de espermatozoides están presentes en la ampolla al mismo tiempo. La reducción progresiva en el número de espermatozoides entre la inseminación y la fertilización indudablemente sirve para reducir el riesgo de polispermia.

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Diagrama que ilustra la reducción por etapas del número de espermatozoides a lo largo del tracto reproductivo de una mujer. 1. Solo una parte de la eyaculación depositada en la vagina ingresa al cuello uterino. 2. En el cuello uterino, hebras de moco filtran espermatozoides aberrantes. 3. Los espermatozoides ingresan al extremo inferior del oviducto (istmo) y se unen a su revestimiento interno. 4. Los espermatozoides liberados del revestimiento del oviducto pueden pasar a la ampolla, donde se produce la fertilización.

Fuente: Autor: Shazz (2006). Wikimedia Commons; Archivo con licencia Creative Commons Reconocimiento-Compartir Igual 3.0 Unported.

Entre muchas otras sugerencias, la especulación desenfrenada que rodea las posibles funciones del orgasmo humano generó la hipótesis de que representa una adaptación para facilitar el transporte de espermatozoides hacia el óvulo. Se sabe que el orgasmo se asocia con una mayor liberación de la hormona oxitocina, que podría desencadenar el transporte de esperma activo. Sin embargo, como notó Roy Levin en 2011, esta hipótesis ignora por completo el hecho de que evitar la polispermia en realidad requiere un control delicado del control del tránsito de espermatozoides a través del tracto femenino. Después de la inseminación, el principal desafío para el tracto reproductivo femenino es lograr una reducción por etapas del número de espermatozoides, no para acelerar el tránsito de los espermatozoides hacia el óvulo.

Procedimiento para la fertilización in vitro (FIV).

Fuente: Autor: MartaFF (2015). Wikimedia Commons; archivo licenciado bajo la licencia Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International.

Lecciones de la fertilización in vitro

El advenimiento de los bebés probeta en 1978 abrió nuevas posibilidades para examinar la fertilización del óvulo humano, al tiempo que también introdujo la posibilidad de que puedan surgir errores debido a densidades inadecuadas de espermatozoides. Sin embargo, esto no se vio como un problema cuando se desarrolló por primera vez la fertilización in vitro (FIV). En 1981, el pionero de FIV Robert Edwards proporcionó uno de los primeros comentarios sobre la posible polispermia. Informó a partir del trabajo inicial que se había descubierto que un feto que había abortado en la duodécima semana de embarazo era triploide. Aunque Patricia Jacobs y sus colegas informaron previamente en 1978 los resultados de una encuesta importante que muestra que la triploidía es relativamente común (1-3%) en la concepción humana, Edwards afirmó que esta anomalía cromosómica "puede no ser grave cuantitativamente" porque la gran mayoría de los huevos son fertilizados por un solo espermatozoide. Es cierto que la frecuencia que Jacobs y sus colegas informaron fue por concepciones naturales. En 1981, no se disponía de información comparable para los huevos expuestos a una densidad de espermatozoides antinatural in vitro .

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De hecho, en un artículo de 1981 Ian Craft y sus colegas discutieron explícitamente los números de espermatozoides en relación con la FIV. Señalaron que la cantidad de espermatozoides que rodeaban a un óvulo durante la concepción natural era desconocida y que no se había evaluado la cantidad ideal de espermatozoides para la fertilización in vitro. Se informa que Edwards y sus colegas usaron entre 100,000 y un millón de espermatozoides, mientras que el equipo de Craft logró la fertilización con solo 10,000 espermatozoides móviles en el medio de cultivo que rodea el huevo. Predijieron que los números mucho más bajos eventualmente serían suficientes, "reduciendo así el riesgo de fertilización polispermica".

Relación entre el número de espermatozoides y el éxito de la fertilización durante la fertilización in vitro en humanos. Tenga en cuenta que el éxito de la fertilización aumenta progresivamente a medida que el número de espermatozoides disminuye de 500,000 a 25,000, pero ese éxito se reduce radicalmente por un descenso adicional de 10,000 espermatozoides.

Fuente: Adaptado de una figura en Wolf et al. (1984).

Posteriormente, en 1984, Don Wolf y sus colegas informaron con más detalle sobre las relaciones entre la concentración de espermatozoides y la fertilización in vitro de los óvulos humanos. Se encontró que el éxito de la fertilización disminuye al aumentar el número de espermatozoides en un rango de 25,000 a 500,000, con una fertilización máxima del 80.8% en la densidad más baja. Por el contrario, el grado de fertilización polispérmica estuvo directamente relacionado con la concentración de esperma, aumentando de cero a menos de 25,000 espermatozoides / cc a 5.5% a 500,000 espermatozoides / cc. Wolf y sus colegas hicieron hincapié en que las concentraciones de entre medio millón y un millón de espermatozoides por huevo eran notablemente altas en comparación con las aproximadamente cien que se estima están presentes en el sitio de fertilización en la concepción natural. Un documento de 1985 de Hans van der Ven y sus colegas reforzaron los hallazgos informados por el equipo de Wolf. Desde la década de 1980, se ha publicado relativamente poco sobre el número óptimo de espermatozoides para la FIV. Como norma, las densidades de espermatozoides relativamente bajas se utilizan ahora, y en 2013 Ping Xia informó que en estas condiciones, aproximadamente el 7% de los óvulos fertilizados son poliespermáticos. En los procedimientos modernos de fecundación in vitro, el examen de rutina elimina cualquier caso antes de la transferencia al útero.

Diagrama de un orquidómetro para la evaluación del volumen testicular. Los números indican volumen en ccs. Los tamaños de 1-3 cc (amarillo) se encuentran generalmente antes de la pubertad, los tamaños de 4 a 12 cc (naranja) generalmente ocurren durante la pubertad, y los tamaños de 15 a 25 cc (rojo) se encuentran generalmente en adultos.

Fuente: Autor: Filip em (trabajo propio). Wikimedia Commons; archivo licenciado bajo la licencia Reconocida-CompartirIgual 3.0 Unported de Creative Commons.

Tamaño del testículo, testosterona y recuentos de esperma

Numerosos estudios han demostrado que el tamaño del testículo, los niveles de testosterona y la producción de esperma están conectados entre sí en una red funcional. El volumen del testículo a menudo se calcula mediante el cálculo de la longitud máxima y el ancho medido con pinzas. En un artículo de 2004, por ejemplo, Leigh Simmons y sus colegas informaron una fuerte correlación entre el tamaño del testículo y los recuentos de espermatozoides calculados a partir de mediciones lineales en un estudio de estudiantes voluntarios. Sin embargo, en muchos estudios realizados por profesionales médicos, el volumen del testículo se determina mediante palpación y se compara con un conjunto estándar de modelos ovoides diseñados originalmente por Andrea Prader (1966). Este dispositivo, conocido como orquidiómetro, está compuesto por doce ovoides de madera o plástico con volúmenes de 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 15, 20 y 25 cc, respectivamente. Los pediatras usan regularmente orquídómetros ("el estetoscopio del urólogo") para estudiar el desarrollo individual. En promedio, los testículos crecen muy poco desde el nacimiento hasta el undécimo año (1-3 ccs), después de lo cual comienzan a aumentar de tamaño para alcanzar aproximadamente 12 cc durante la pubertad. El crecimiento posterior es muy rápido, y la transición a la condición adulta (rango típico: 15-25 cc) dura solo tres años.

Relación entre el conteo total de espermatozoides en los eyaculados de 50 hombres y el volumen combinado de los dos testículos.

Fuente: Adaptado de una figura en Simmons et al. (2004)

Con altos niveles de testosterona, testículos grandes y recuentos de espermatozoides exagerados, algunos hombres pueden ser "hipermasculinos". Confirmando las sospechas de muchas mujeres, realmente se puede decir que los hombres pueden sufrir envenenamiento por testosterona. Una desventaja importante de producir cantidades inusualmente grandes de espermatozoides es que aumenta el potencial de polispermia con la consiguiente alteración del desarrollo fetal. Presumiblemente, la selección natural generalmente opera para mantener la producción de esperma en un nivel óptimo que refleja un compromiso entre maximizar la probabilidad de una fertilización exitosa y minimizar el riesgo de polispermia. Y el tracto reproductivo femenino está evidentemente adaptado para la reducción radical de los números de esperma de forma escalonada.

Referencias

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Craft, I., McLeod, F., Bernard, A., Green, S. y Twigg, H. (1981). Números de esperma y fertilización in vitro. Lancet 318 : 1165-1166.

Edwards, RG (1981) Bebés probeta, 1981. Nature 293 : 253-256.

Jacobs, PA, Angell, RR, Buchanan, IM, Hassold, TJ, Matsuyama, AM y Manuel, B. (1978) El origen de los triploides humanos. Anales de la Genética Humana 42 : 49-57.

Levin, RJ (2011) El orgasmo femenino humano: una evaluación crítica de sus funciones reproductivas propuestas. Sexual & Relationship Therapy 26 : 301-314.

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Prader, A. (1966) Tamaño testicular: evaluación e importancia clínica. Triángulo 7 : 240-243.

Simmons, LW, Firman, LC, Rhodes, G. y Peters, M. (2004) Competencia de esperma humano: tamaño del testículo, producción de esperma y tasas de cópulas extrapair. Animal Behavior 68 : 297-302.

Suarez, SS & Pacey, AA (2006) Transporte de esperma en el tracto reproductivo femenino. Actualización sobre reproducción humana 12 : 23-37.

van der Ven, HH, Al-Hasani, S., Diedrich, K., Hamerich, U., Lehmann, F. y Krebs, D. (1985) Polispermia en la fertilización in vitro de ovocitos humanos: frecuencia y posibles causas. Anales de la Academia de Ciencias de Nueva York 442 : 88-95.

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