28.1: Fertilización

Objetivos de aprendizaje

• Describir los obstáculos que los espermatozoides deben superar para llegar a un ovocito
• Explicar la capacitación y su importancia en la fertilización
• Resumir los eventos que ocurren cuando un espermatozoide fertiliza un ovocito

La fertilización ocurre cuando un espermatozoide y un ovocito (óvulo) se combinan y sus núcleos se fusionan. Debido a que cada una de estas células reproductoras es una célula haploide que contiene la mitad del material genético necesario para formar un ser humano, su combinación forma una célula diploide. Esta nueva célula, llamada cigoto, contiene todo el material genético necesario para formar un ser humano, la mitad de la madre y la mitad del padre.

Tránsito de Esperma

La fertilización es un juego de números. Durante la eyaculación, cientos de millones de espermatozoides (espermatozoides) son liberados en la vagina. Casi de inmediato, millones de estos espermatozoides son superados por la acidez de la vagina (aproximadamente pH 3.8), y millones más pueden ser bloqueados para que no ingresen al útero por moco cervical espeso. De los que sí entran, miles son destruidos por leucocitos uterinos fagocíticos. Así, la carrera hacia las trompas uterinas, que es el sitio más típico para que los espermatozoides se encuentren con el ovocito, se reduce a unos pocos miles de contendientes. Su viaje, que se cree que es facilitado por las contracciones uterinas, suele durar de 30 minutos a 2 horas. Si los espermatozoides no encuentran un ovocito inmediatamente, pueden sobrevivir en las trompas uterinas por otros 3—5 días. Así, la fecundación aún puede ocurrir si el coito tiene lugar unos días antes de la ovulación. En comparación, un ovocito puede sobrevivir de forma independiente por solo aproximadamente 24 horas después de la ovulación. Las relaciones sexuales más de un día después de la ovulación, por lo tanto, no suelen resultar en fertilización.

Durante el viaje, los fluidos en el tracto reproductivo femenino preparan los espermatozoides para la fecundación a través de un proceso llamado capacitación, o cebado. Los fluidos mejoran la motilidad de los espermatozoides. También agotan las moléculas de colesterol incrustadas en la membrana de la cabeza del esperma, adelgazando la membrana de tal manera que ayudará a facilitar la liberación de las enzimas lisosómicas (digestivas) necesarias para que los espermatozoides penetren en el exterior del ovocito una vez que se hace el contacto. Los espermatozoides deben someterse al proceso de capacitación para tener la “capacidad” de fertilizar un ovocito. Si alcanzan el ovocito antes de que se complete la capacitación, no podrán penetrar la gruesa capa externa de células del ovocito.

Contacto Entre Esperma y Oocito

Tras la ovulación, el ovocito liberado por el ovario es barrido hacia y a lo largo de la trompa uterina. La fertilización debe ocurrir en el tubo uterino distal debido a que un ovocito no fertilizado no puede sobrevivir al viaje de 72 horas al útero. Como recordarás de tu estudio de la ovogénesis, este ovocito (específicamente un ovocito secundario) está rodeado por dos capas protectoras. La corona radiata es una capa externa de células foliculares (granulosas) que se forman alrededor de un ovocito en desarrollo en el ovario y permanecen con él al momento de la ovulación. La zona pelúcida subyacente (pelúcida = “transparente”) es una membrana glicoproteica transparente pero gruesa que rodea la membrana plasmática de la célula.

Al ser barrido a lo largo del tubo uterino distal, el ovocito se encuentra con los espermatozoides capacitados supervivientes, que fluyen hacia él en respuesta a los atrayentes químicos liberados por las células de la corona radiada. Para llegar al propio ovocito, los espermatozoides deben penetrar las dos capas protectoras. Los espermatozoides primero excavan a través de las células de la corona radiata. Luego, al entrar en contacto con la zona pelúcida, los espermatozoides se unen a receptores en la zona pelúcida. Esto inicia un proceso llamado la reacción acrosómica en la que la “tapa” de los espermatozoides llena de enzimas, llamada acrosoma, libera sus enzimas digestivas almacenadas. Estas enzimas despejan un camino a través de la zona pelúcida que permite que los espermatozoides lleguen al ovocito. Finalmente, un solo espermatozoide entra en contacto con receptores de unión espermática en la membrana plasmática del ovocito (Figura\(\PageIndex{1}\)). La membrana plasmática de ese esperma luego se fusiona con la membrana plasmática del ovocito, y la cabeza y la mitad del esperma “ganador” ingresan al interior del ovocito.

¿Cómo penetran los espermatozoides en la corona radiata? Algunos espermatozoides sufren una reacción acrosómica espontánea, que es una reacción acrosómica no desencadenada por el contacto con la zona pelúcida. Las enzimas digestivas liberadas por esta reacción digieren la matriz extracelular de la corona radiata. Como puedes ver, el primer esperma que llega al ovocito nunca es el que lo fertiliza. Más bien, cientos de espermatozoides deben someterse a la reacción acrosómica, cada uno ayudando a degradar la corona radiata y la zona pelúcida hasta que se cree un camino que permita que un espermatozoide entre en contacto y se fusione con la membrana plasmática del ovocito. Si consideras la pérdida de millones de espermatozoides entre la entrada a la vagina y la degradación de la zona pelúcida, puedes entender por qué un recuento bajo de espermatozoides puede causar infertilidad masculina.

Figura\(\PageIndex{1}\): El esperma y el proceso de fecundación. Antes de la fertilización, cientos de espermatozoides capacitados deben atravesar la corona radiata circundante y la zona pelúcida para que uno pueda entrar en contacto y fusionarse con la membrana plasmática del ovocito.

Cuando el primer esperma se fusiona con el ovocito, el ovocito despliega dos mecanismos para prevenir la poliespermia, que es la penetración de más de un espermatozoide. Esto es crítico porque si más de un espermatozoide fertilizara el ovocito, el cigoto resultante sería un organismo triploide con tres conjuntos de cromosomas. Esto es incompatible con la vida.

El primer mecanismo es el bloqueo rápido, que implica un cambio casi instantáneo en la permeabilidad del ion sodio tras la unión del primer espermatozoide, despolarizando la membrana plasmática del ovocito e impidiendo la fusión de espermatozoides adicionales. El bloqueo rápido se establece casi de inmediato y dura aproximadamente un minuto, tiempo durante el cual una afluencia de iones de calcio después de la penetración de los espermatozoides desencadena el segundo mecanismo, el bloqueo lento. En este proceso, denominado reacción cortical, los gránulos corticales que se encuentran inmediatamente debajo de la membrana plasmática de ovocitos se fusionan con la membrana y liberan proteínas inhibidoras zonales y mucopolisacáridos en el espacio entre la membrana plasmática y la zona pelúcida. Las proteínas inhibidoras zonales provocan la liberación de cualquier otro esperma adherido y destruyen los receptores espermáticos de los ovocitos, evitando así que más espermatozoides se unan. Los mucopolisacáridos luego recubren el cigoto naciente en una barrera impenetrable que, junto con la zona pelúcida endurecida, se denomina membrana de fertilización.

El cigoto

Recordemos que en el momento de la fecundación, el ovocito aún no ha completado la meiosis; todos los ovocitos secundarios permanecen detenidos en metafase de meiosis II hasta la fecundación. Solo después de la fecundación el ovocito completa la meiosis. El complemento innecesario de material genético que resulta se almacena en un segundo cuerpo polar que finalmente es expulsado. En este momento, el ovocito se ha convertido en óvulo, el gameto haploide femenino. Los dos núcleos haploides derivados del esperma y el ovocito y contenidos dentro del óvulo se denominan pronúcleos. Descondensan, expanden y replican su ADN en preparación para la mitosis. Los pronúcleos luego migran uno hacia el otro, sus envolturas nucleares se desintegran y el material genético derivado de machos y hembras se entremezclan. Este paso completa el proceso de fertilización y da como resultado un cigoto diploide unicelular con todas las instrucciones genéticas que necesita para convertirse en un ser humano.

La mayoría de las veces, una mujer libera un solo óvulo durante un ciclo de ovulación. Sin embargo, en aproximadamente el 1 por ciento de los ciclos de ovulación, se liberan dos óvulos y ambos se fertilizan. Dos cigotos se forman, se implantan y se desarrollan, dando como resultado el nacimiento de gemelos dicigóticos (o fraternos). Debido a que los gemelos dicigóticos se desarrollan a partir de dos óvulos fertilizados por dos espermatozoides, no son más idénticos que los hermanos nacidos en diferentes momentos.

Mucho menos comúnmente, un cigoto puede dividirse en dos crías separadas durante el desarrollo temprano. Esto da como resultado el nacimiento de gemelos monocigóticos (o idénticos). Aunque el cigoto puede dividirse tan pronto como la etapa de dos células, la división ocurre con mayor frecuencia durante la etapa temprana del blastocisto, con aproximadamente 70—100 células presentes. Estos dos escenarios son distintos entre sí, ya que los embriones gemelos que se separaron en la etapa de dos células tendrán placentas individuales, mientras que los embriones gemelos que se forman a partir de la separación en la etapa de blastocisto compartirán una placenta y una cavidad coriónica.

CONEXIONES COTIDIANAS

Fertilización In Vitro

La FIV, que significa fertilización in vitro, es una tecnología de reproducción asistida. In vitro, que en latín se traduce como “en vidrio”, se refiere a un procedimiento que se lleva a cabo fuera del cuerpo. Hay muchas indicaciones diferentes para la FIV. Por ejemplo, una mujer puede producir óvulos normales, pero los óvulos no pueden llegar al útero porque las trompas uterinas están bloqueadas o comprometidas de otra manera Un hombre puede tener un recuento de espermatozoides bajo, baja motilidad espermática, espermatozoides con un porcentaje inusualmente alto de anomalías morfológicas, o espermatozoides que son incapaces de penetrar en la zona pelúcida de un óvulo.

Un procedimiento típico de FIV comienza con la recolección de óvulos. Un ciclo de ovulación normal produce solo un ovocito, pero el número se puede aumentar significativamente (a 10—20 ovocitos) administrando un ciclo corto de gonadotropinas. El curso comienza con análogos de la hormona folículo estimulante (FSH), que apoyan el desarrollo de múltiples folículos, y termina con un análogo de la hormona luteinizante (LH) que desencadena la ovulación. Justo antes de que los óvulos fueran liberados del ovario, se cosechan mediante recuperación de ovocitos guiada por ultrasonido. En este procedimiento, la ecografía permite a un médico visualizar folículos maduros. Los óvulos se aspiran (aspiran) usando una jeringa.

Paralelamente, los espermatozoides se obtienen de la pareja masculina o de un banco de esperma. Los espermatozoides se preparan mediante lavado para eliminar el líquido seminal porque el líquido seminal contiene un péptido, FPP (o péptido promotor de la fertilización), que, en altas concentraciones, evita la capacitación de los espermatozoides. También se concentra la muestra de esperma, para aumentar el recuento de espermatozoides por mililitro.

A continuación, los óvulos y los espermatozoides se mezclan en una placa de Petri. La proporción ideal es de 75,000 espermatozoides por un óvulo. Si hay problemas graves con el esperma, por ejemplo, el recuento es extremadamente bajo, o los espermatozoides son completamente no móviles, o incapaces de unirse o penetrar en la zona pelúcida, se puede inyectar esperma en un óvulo. Esto se llama inyección intracitoplásmica de esperma (ICSI).

Luego se incuban los embriones hasta que alcanzan la etapa de ocho células o la etapa de blastocisto. En Estados Unidos, los óvulos fertilizados se cultivan típicamente hasta la etapa de blastocisto debido a que esto da como resultado una mayor tasa de embarazo. Finalmente, los embriones se transfieren al útero de una mujer mediante un catéter de plástico (tubo). La figura\(\PageIndex{2}\) ilustra los pasos involucrados en la FIV.

Figura\(\PageIndex{2}\): FIV. La fertilización in vitro implica la recolección de óvulos de los ovarios, la fertilización en una placa de Petri y la transferencia de embriones al útero.

La FIV es una tecnología relativamente nueva y aún en evolución, y hasta hace poco era necesario transferir múltiples embriones para lograr una buena probabilidad de embarazo. Hoy, sin embargo, los embriones transferidos tienen muchas más probabilidades de implantarse con éxito, por lo que los países que regulan la industria de la FIV limitan el número de embriones que pueden transferirse por ciclo en dos. Esto reduce el riesgo de embarazos múltiples nacimientos.

La tasa de éxito de la FIV se correlaciona con la edad de una mujer. Más del 40 por ciento de las mujeres menores de 35 años logran dar a luz después de la FIV, pero la tasa baja a poco más del 10 por ciento en las mujeres mayores de 40 años.

Vaya a este sitio para ver recursos que cubren diversos aspectos de la fertilización, incluyendo películas y animaciones que muestran la estructura y motilidad de los espermatozoides, la ovulación y la fertilización.

Revisión del Capítulo

Cientos de millones de espermatozoides depositados en la vagina viajan hacia el ovocito, pero solo unos pocos cientos realmente lo alcanzan. El número de espermatozoides que llegan al ovocito se reduce en gran medida debido a las condiciones dentro del tracto reproductivo femenino. Muchos espermatozoides son superados por la acidez de la vagina, otros están bloqueados por moco en el cuello uterino, mientras que otros son atacados por leucocitos fagocíticos en el útero. Aquellos espermatozoides que sí sobreviven sufren un cambio en respuesta a esas condiciones. Pasan por el proceso de capacitación, lo que mejora su motilidad y altera la membrana que rodea al acrosoma, la estructura en forma de capuchón en la cabeza de un espermatozoide que contiene las enzimas digestivas necesarias para que se adhiera y penetre en el ovocito.

El ovocito que se libera por la ovulación está protegido por una gruesa capa externa de células de la granulosa conocida como corona radiata y por la zona pelúcida, una gruesa membrana glicoproteica que se encuentra justo fuera de la membrana plasmática del ovocito. Cuando los espermatozoides capacitados entran en contacto con el ovocito, liberan las enzimas digestivas en el acrosoma (la reacción acrosómica) y así son capaces de unirse al ovocito y excavar a través de la zona pelúcida del ovocito. Uno de los espermatozoides atravesará la membrana plasmática del ovocito y liberará su núcleo haploide en el ovocito. La estructura de la membrana del ovocito cambia en respuesta (reacción cortical), impidiendo cualquier penetración adicional por otro espermatozoide y formando una membrana de fertilización. La fertilización se completa tras la unificación de los núcleos haploides de los dos gametos, produciendo un cigoto diploide.

Preguntas de revisión

P. El esperma y los óvulos son similares en términos de ________.

A. tamaño

B. cantidad producida por año

C. número de cromosomas

D. Motilidad flagelar

Respuesta: C

P. Aunque la eyaculación masculina contiene cientos de millones de espermatozoides, ________.

A. la mayoría no llegan al ovocito

B. la mayoría son destruidos por el ambiente alcalino del útero

C. se necesitan millones para penetrar las capas externas del ovocito

D. la mayoría son destruidos por la capacitación

Respuesta: A

P. A medida que los espermatozoides llegan primero al ovocito, se pondrán en contacto con el ________.

A. acrosoma

B. corona radiata

C. receptores de unión a esperma

D. zona pelúcida

Respuesta: B

P. La fusión de pronúcleos ocurre durante ________.

A. espermatogénesis

B. ovulación

C. fertilización

D. capacitación

Respuesta: C

P. Los espermatozoides deben completar primero ________ para permitir la fecundación de un ovocito.

A. capacitación

B. la reacción acrosómica

C. la reacción cortical

D. el bloque rápido

Respuesta: A

Preguntas de Pensamiento Crítico

P. Darcy y Raúl están teniendo dificultades para concebir un hijo. Darcy ovula cada 28 días, y el recuento de espermatozoides de Raúl es normal. Si pudiéramos observar los espermatozoides de Raúl aproximadamente una hora después de la eyaculación, sin embargo, veríamos que parecen estar moviéndose solo con lentitud. Cuando los espermatozoides de Raúl finalmente se encuentran con el ovocito de Darcy, parecen ser incapaces de generar una reacción acrosómica adecuada. ¿Qué proceso probablemente ha salido mal?

A. El proceso de capacitación parece estar incompleto. La capacitación aumenta la motilidad espermática y hace que la membrana espermática sea más frágil. Esto le permite liberar sus enzimas digestivas durante la reacción acrosómica. Cuando la capacitación es inadecuada, los espermatozoides no pueden alcanzar la membrana ovocitaria.

P. Sherrise es una estudiante universitaria sexualmente activa. El sábado por la noche, tiene relaciones sexuales sin protección con su novio. El martes por la mañana, experimenta la punzada del dolor a mitad de ciclo que normalmente siente cuando está ovulando. Esto hace que Sherrise esté extremadamente ansiosa de que pronto se entere de que está embarazada. ¿Es válida la preocupación de Sherrise? ¿Por qué o por qué no?

A. La preocupación de Sherrise es válida. Los espermatozoides pueden ser viables hasta por 4 días; por lo tanto, es totalmente posible que los espermatozoides capacitados sigan residiendo en sus trompas uterinas y puedan fertilizar el ovocito que acaba de ovular.

Glosario

acrosoma

vesícula similar a una cápsula localizada en la región más anterior de un espermatozoide que es rica en enzimas lisosómicas capaces de digerir las capas protectoras que rodean al ovocito

reacción acrosómica

liberación de enzimas digestivas por los espermatozoides que les permite excavar a través de la corona radiata y penetrar en la zona pelúcida de un ovocito antes de la fertilización

capacitación

proceso que ocurre en el tracto reproductivo femenino en el que los espermatozoides se preparan para la fecundación; conduce a un aumento de la motilidad y cambios en su membrana externa que mejoran su capacidad para liberar enzimas capaces de digerir las capas externas de un ovocito

corona radiata

en un ovocito, una capa de células de la granulosa que rodea al ovocito y que debe ser penetrada por los espermatozoides antes de que pueda ocurrir la fertilización

reacción cortical

después de la fertilización, la liberación de gránulos corticales de la membrana plasmática del ovocito a la zona pelúcida creando una membrana de fertilización que impide cualquier unión o penetración adicional de los espermatozoides; parte del bloqueo lento a la poliespermia

fertilización

unificación de material genético de gametos haploides masculinos y femeninos

membrana de fertilización

barrera impenetrable que recubre un cigoto naciente; parte del bloque lento a poliespermia

poliespermia

penetración de un ovocito por más de un espermatozoide

zona pelúcida

membrana gruesa de glicoproteína similar a un gel que recubre el ovocito y debe ser penetrada por los espermatozoides antes de que pueda ocurrir la fertilización

cigoto

óvulo fertilizado; célula diploide resultante de la fertilización de gametos haploides de líneas macho y hembra