La fertilización humana es la unión de un óvulo y un espermatozoide , y 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 , iniciando el desarrollo embrionario . Los científicos descubrieron la dinámica de la fertilización 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 encontrar el ovocito secundario , el acrosoma del espermatozoide produce enzimas que le permiten atravesar la capa exterior llamada zona pelúcida del óvulo. Luego, el plasma del esperma 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 a medida que el óvulo viaja por las trompas de Falopio hasta llegar al útero.
La fertilización in vitro (FIV) es un proceso mediante el cual los óvulos son fertilizados por los espermatozoides fuera del útero, in vitro .
En la Antigüedad, Aristóteles describió la formación de nuevos individuos ocurriendo a través de la fusión de fluidos masculinos y femeninos, con forma y función emergiendo gradualmente, en un modo que él llamó epigenético . [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. [6] La progesterona se une al receptor CatSper en la membrana del esperma y aumenta los niveles de calcio intracelular, provocando una motilidad hiperactiva. Los espermatozoides seguirán nadando hacia concentraciones más altas de progesterona, guiándolos eficazmente hasta el ovocito. [7] Alrededor de 200 de 200 millones de espermatozoides llegan a la ampolla.
Al inicio del proceso, los espermatozoides sufren una serie de cambios, ya que los espermatozoides recién eyaculados no pueden o tienen poca capacidad para fertilizar. [8] El espermatozoide debe someterse a 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 dura membrana del óvulo, la zona pelúcida , que rodea al ovocito. [9]
El esperma 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 los espermatozoides de las trompas de Falopio al ovocito. Se encuentra encima de la zona pelúcida, una membrana de glicoproteínas que rodea al ovocito. [10]
Cuando el espermatozoide está a punto de perforar, la yema ( ooplasma ) se extrae formando 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 más espermatozoides. [11]
Después de unirse a la corona radiata, el esperma alcanza la zona pelúcida , que es una matriz extracelular de glicoproteínas . Una glicoproteína ZP3 de la zona pelúcida se une a un receptor de la superficie celular de la cabeza del espermatozoide. Esta unión hace que el acrosoma explote, liberando enzimas acrosómicas que ayudan a los espermatozoides a penetrar a través de la capa gruesa de la zona pelúcida que rodea al ovocito y, en última instancia, logran acceder a la membrana celular del óvulo. [12]
Algunos espermatozoides consumen su acrosoma prematuramente en la superficie del óvulo, facilitando 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 ayudan a la fertilización por parte de un miembro de la misma cohorte. [13] Puede considerarse como un mecanismo de selección de parentesco .
Estudios recientes han demostrado que el óvulo no permanece pasivo durante este proceso. En otras palabras, ellos también parecen sufrir cambios que ayudan a facilitar dicha interacción. [14] [15]
Después de que el espermatozoide ingresa al citoplasma del ovocito, la cola y la capa exterior del espermatozoide se desintegran. La fusión de las membranas de los espermatozoides y los ovocitos provoca que se produzca una reacción cortical . [16] 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 de la zona pelúcida se entrecrucen entre sí (es decir, las enzimas hacen que ZP2 se hidrolice en ZP2f), lo que hace que toda la matriz sea dura e impermeable a los espermatozoides. Esto evita la fertilización de un óvulo por más de un espermatozoide. [17]
En preparación para la fusión de su material genético, tanto el ovocito como el espermatozoide sufren 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. [18] El núcleo del ovocito se llama pronúcleo en este proceso, para distinguirlo de los núcleos que son el resultado de la fertilización.
La cola y las mitocondrias de los espermatozoides degeneran con la formación del pronúcleo masculino . Por eso todas las mitocondrias humanas son de origen materno. Aún así, una cantidad considerable de ARN del esperma llega al embrión resultante y probablemente influye en el desarrollo del embrión y el fenotipo de la descendencia. [19]
Luego, el núcleo del espermatozoide se fusiona con el óvulo, lo que permite la fusión de su material genético.
Cuando los espermatozoides ingresan al espacio perivitelino , una proteína Izumo específica de los espermatozoides en la cabeza se une a los receptores Juno en la membrana del ovocito. [20] Una vez que se une, se producen dos bloqueos de la polispermia. Después de aproximadamente 40 minutos, los otros receptores Juno del ovocito se pierden de la membrana, lo que hace que ya no sea fusogénico. Además, se producirá la reacción cortical causada por la unión de la ovastacina y la escisión de los receptores ZP2 en la zona pelúcida. [21] Estos dos bloques de polispermia son los que impiden 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 . [22]
Por lo general, se fusionan 23 cromosomas del espermatozoide y 23 cromosomas del óvulo (aproximadamente la mitad de los espermatozoides portan el cromosoma X y la otra mitad el cromosoma Y [23] ). Sus membranas se disuelven, no dejando 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. Tras someterse posteriormente a mitosis (que incluye la tracción de las cromátidas hacia los centriolos en anafase), la célula reúne material genético del macho y la hembra. Así, la primera mitosis de la unión de espermatozoide y ovocito es la propia fusión de sus cromosomas. [22]
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 tanto, son genéticamente idénticos. [ cita necesaria ]
La fertilización 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. [24] La edad resultante se conoce como edad de fertilización , edad de fertilización , edad de concepción , edad embrionaria , edad fetal o edad de desarrollo (intrauterino) (DIU) [25] .
La edad gestacional , por el contrario, toma como punto de partida el inicio del último período menstrual (FUM). Por convención, la edad gestacional se calcula sumando 14 días a la edad de fecundación y viceversa. [26] Sin embargo, la fertilización generalmente ocurre dentro de un día de la ovulación , que, a su vez, ocurre en promedio 14,6 días después del comienzo de la menstruación anterior (FUM). [27] También hay 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 FUM a ovulación de 14,6. [28] En un grupo de referencia que representa a todas las mujeres, el intervalo de predicción del 95% entre la FUM y la ovulación es de 8,2 a 20,5 días. [27]
El tiempo medio hasta el nacimiento se ha estimado en 268 días (38 semanas y dos días) desde la ovulación , con una desviación estándar de 10 días o coeficiente de variación del 3,7%. [29]
La edad de fertilización a veces también se utiliza posnatalmente (después del nacimiento) para estimar 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 . [30]
Pueden surgir diversos trastornos debido a defectos en el proceso de fertilización. Ya sea que eso resulte en el proceso de contacto entre el espermatozoide y el óvulo, o en el estado de salud del padre biológico que porta la célula cigoto. Las siguientes son algunas de las enfermedades que pueden ocurrir y estar presentes durante el proceso.
Es bien sabido que el embarazo se produce a partir de dicha eyaculación externa...