La fecundación humana es la unión de un óvulo y un espermatozoide , que se produce principalmente en la ampolla de la trompa de Falopio . [1] El resultado de esta unión conduce a la producción de un óvulo fecundado llamado cigoto , que inicia el desarrollo embrionario . Los científicos descubrieron la dinámica de la fecundación humana en el siglo XIX. [2]
El proceso de fertilización implica la fusión de un espermatozoide con un óvulo. La secuencia más común comienza con la eyaculación durante la cópula , sigue con la ovulación y termina con la fertilización. Son posibles varias excepciones a esta secuencia, incluida la inseminación artificial , la fertilización in vitro , la eyaculación externa sin cópula o la cópula poco después de la ovulación. [3] [4] Al encontrarse con el ovocito secundario , el acrosoma del espermatozoide produce enzimas que le permiten atravesar la capa externa llamada zona pelúcida del óvulo. Luego, el plasma del espermatozoide se fusiona con la membrana plasmática del óvulo y sus núcleos se fusionan, lo que hace que la cabeza del espermatozoide se desconecte de su flagelo mientras el óvulo viaja por la trompa de Falopio para llegar al útero.
La fertilización in vitro (FIV) es un proceso mediante el cual los óvulos son fecundados por espermatozoides fuera del útero, in vitro .
La fertilización no se entendía en la antigüedad. Hipócrates creía que el embrión era el producto del semen masculino y un factor femenino. Pero Aristóteles sostenía que solo el semen masculino daba lugar a un embrión, mientras que el femenino solo proporcionaba un lugar para que el embrión se desarrollara, [5] un concepto que adquirió del preformacionista Pitágoras . Aristóteles argumentó que la forma y la función emergían gradualmente, en un modo llamado por él como epigenético . [6] En 1651, William Harvey refutó la idea de Aristóteles de que la sangre menstrual podía estar involucrada en la formación de un feto , afirmando que los óvulos de la mujer se convertían de alguna manera en un feto como resultado de las relaciones sexuales . [7] Los espermatozoides fueron descubiertos en 1677 por Antonie van Leeuwenhoek , quien creía que Aristóteles había demostrado tener razón. [8] Algunos observadores creían que podían ver un pequeño cuerpo humano completamente preformado en la cabeza de un espermatozoide. [9] El óvulo humano fue observado por primera vez en 1827 por Karl Ernst von Baer . [8] Recién en 1876 Oscar Hertwig demostró que la fertilización se debe a la fusión de un óvulo y un espermatozoide. [5]
La fertilización ocurre en la ampolla de la trompa de Falopio , la sección que se curva alrededor del ovario. Los espermatozoides capacitados son atraídos por la progesterona, que es secretada por las células del cúmulo que rodean al ovocito. [10] La progesterona se une al receptor CatSper en la membrana del espermatozoide y aumenta los niveles intracelulares de calcio, lo que provoca una motilidad hiperactiva. El espermatozoide continuará nadando hacia concentraciones más altas de progesterona, guiándolo efectivamente hacia el ovocito. [11] Alrededor de 200 de los 200 millones de espermatozoides llegan a la ampolla.
Al inicio del proceso, el espermatozoide sufre una serie de cambios, ya que el espermatozoide recién eyaculado es incapaz o poco capaz de fecundar. [12] El espermatozoide debe sufrir una capacitación en el tracto reproductivo de la hembra, lo que aumenta su motilidad e hiperpolariza su membrana, preparándolo para la reacción acrosómica , la penetración enzimática de la membrana resistente del óvulo, la zona pelúcida , que rodea al ovocito. [13]
El espermatozoide se une a través de la corona radiata , una capa de células foliculares en el exterior del ovocito secundario . La corona radiata envía sustancias químicas que atraen al espermatozoide de la trompa de Falopio hacia el ovocito. Se encuentra por encima de la zona pelúcida, una membrana de glicoproteínas que rodea al ovocito. [14]
En el lugar donde el espermatozoide está a punto de penetrar, la yema ( ooplasma ) se extiende hasta una elevación cónica, denominada cono de atracción o cono de recepción. Una vez que el espermatozoide ha entrado, la porción periférica de la yema se transforma en una membrana, la membrana perivitelina, que impide el paso de espermatozoides adicionales. [15]
Después de unirse a la corona radiata, el espermatozoide llega a la zona pelúcida , que es una matriz extracelular de glicoproteínas . Una glicoproteína ZP3 en la zona pelúcida se une a un receptor en la superficie celular de la cabeza del espermatozoide. Esta unión hace que el acrosoma reviente, liberando enzimas acrosómicas que ayudan al espermatozoide a penetrar a través de la gruesa capa de la zona pelúcida que rodea al ovocito, y finalmente logra acceder a la membrana celular del óvulo. [16]
Algunos espermatozoides consumen su acrosoma prematuramente en la superficie del óvulo, lo que facilita la penetración de otros espermatozoides. Como población, los espermatozoides haploides maduros tienen en promedio un 50% de similitud genómica, por lo que las reacciones acrosómicas prematuras facilitan la fertilización por un miembro de la misma cohorte. [17] Puede considerarse como un mecanismo de selección de parentesco .
Estudios recientes han demostrado que el óvulo no es pasivo durante este proceso, es decir, también parece sufrir cambios que facilitan dicha interacción. [18] [19]
Después de que el espermatozoide entra en el citoplasma del ovocito, la cola y la capa externa del espermatozoide se desintegran. La fusión de las membranas del espermatozoide y el ovocito hace que se produzca una reacción cortical . [20] Los gránulos corticales dentro del ovocito secundario se fusionan con la membrana plasmática de la célula, lo que hace que las enzimas dentro de estos gránulos sean expulsadas por exocitosis a la zona pelúcida. Esto a su vez hace que las glicoproteínas en la zona pelúcida se enlacen entre sí, es decir, las enzimas hacen que la ZP2 se hidrolice en ZP2f, lo que hace que toda la matriz sea dura e impermeable al espermatozoide. Esto evita la fertilización de un óvulo por más de un espermatozoide. [21]
En preparación para la fusión de su material genético, tanto el ovocito como el espermatozoide experimentan transformaciones como reacción a la fusión de las membranas celulares.
El ovocito completa su segunda división meiótica . Esto da como resultado un óvulo haploide maduro y la liberación de un cuerpo polar. [22] El núcleo del ovocito se denomina pronúcleo en este proceso, para distinguirlo de los núcleos que son el resultado de la fecundación.
La cola y las mitocondrias del espermatozoide se degeneran con la formación del pronúcleo masculino. Por eso todas las mitocondrias de los seres humanos son de origen materno. Aun así, una cantidad considerable de ARN del espermatozoide se transmite al embrión resultante y probablemente influye en el desarrollo embrionario y en el fenotipo de la descendencia. [23]
Luego, el núcleo del espermatozoide se fusiona con el óvulo, lo que permite la fusión de su material genético.
Cuando el espermatozoide entra en el espacio perivitelino , una proteína específica del espermatozoide, Izumo, en la cabeza, se une a los receptores Juno en la membrana del ovocito. [24] Una vez que se une, se producen dos bloqueos a la polispermia. Después de aproximadamente 40 minutos, los otros receptores Juno en el ovocito se pierden de la membrana, lo que hace que ya no sea fusogénico. Además, se producirá la reacción cortical que es causada por la unión de la ovastacina y la escisión de los receptores ZP2 en la zona pelúcida. [25] Estos dos bloqueos de la polispermia son los que evitan que el cigoto tenga demasiado ADN.
Los pronúcleos migran hacia el centro del ovocito, replicando rápidamente su ADN mientras lo hacen para preparar al cigoto para su primera división mitótica . [26]
Por lo general, se fusionan 23 cromosomas del espermatozoide y 23 cromosomas del óvulo (aproximadamente la mitad de los espermatozoides llevan el cromosoma X y la otra mitad el cromosoma Y [27] ). Sus membranas se disuelven, sin dejar barreras entre los cromosomas masculinos y femeninos . Durante esta disolución, se forma un huso mitótico entre ellos. El huso captura los cromosomas antes de que se dispersen en el citoplasma del óvulo. Al sufrir posteriormente la mitosis (que incluye la tracción de las cromátidas hacia los centriolos en anafase), la célula reúne material genético del macho y la hembra. Por lo tanto, la primera mitosis de la unión del espermatozoide y el ovocito es la fusión real de sus cromosomas. [26]
Cada una de las dos células hijas resultantes de esa mitosis tiene una réplica de cada cromátida que se replicó en la etapa anterior, por lo que son genéticamente idénticas. [ cita requerida ]
La fecundación es el evento más comúnmente utilizado para marcar el punto de inicio de la vida, en las descripciones del desarrollo prenatal del embrión o feto. [28] La edad resultante se conoce como edad de fecundación , edad de fecundación , edad concepcional , edad embrionaria , edad fetal o edad de desarrollo (intrauterino) (DIU) [29] .
La edad gestacional , por el contrario, toma como punto de partida el comienzo del último período menstrual (LMP). Por convención, la edad gestacional se calcula sumando 14 días a la edad de fecundación y viceversa. [30] Sin embargo, la fecundación suele ocurrir dentro de un día de la ovulación , que, a su vez, ocurre en promedio 14,6 días después del comienzo de la menstruación precedente (LMP). [31] También existe una variabilidad considerable en este intervalo, con un intervalo de predicción del 95% de la ovulación de 9 a 20 días después de la menstruación incluso para una mujer promedio que tiene un tiempo medio de LMP a ovulación de 14,6. [32] En un grupo de referencia que representa a todas las mujeres, el intervalo de predicción del 95% de la LMP a la ovulación es de 8,2 a 20,5 días. [31]
Se ha estimado que el tiempo promedio hasta el nacimiento es de 268 días (38 semanas y dos días) desde la ovulación , con una desviación estándar de 10 días o un coeficiente de variación del 3,7%. [33]
La edad de fecundación también se utiliza a veces después del nacimiento para calcular diversos factores de riesgo. Por ejemplo, es un mejor predictor que la edad posnatal del riesgo de hemorragia intraventricular en bebés prematuros tratados con oxigenación por membrana extracorpórea . [34]
Diversos trastornos pueden surgir a partir de defectos en el proceso de fecundación, ya sea que se deban al proceso de contacto entre el espermatozoide y el óvulo o al estado de salud del progenitor biológico portador de la célula cigota. A continuación se enumeran algunas de las enfermedades que pueden presentarse y estar presentes durante el proceso.
que el embarazo se produce a partir de dicha eyaculación externa...