miniaturadeimagen|400x400px|La reacción acrosómica en un erizo de mar, un proceso similar en muchos animales. La imagen muestra varias etapas de un mismo espermatozoide; solo uno de ellos penetrará en el óvulo.
La fertilización humana, también llamada fecundación humana o concepción, es el proceso por el cual un espermatozoide y un óvulo (ovocito) se fusionan para dar lugar a una nueva célula, el cigoto, que marca el inicio del desarrollo prenatal.
Este proceso implica la fusión del material genético de ambos gametos. Generalmente ocurre en el tercio externo de las trompas de Falopio, en una región denominada ampolla tubárica.
La fecundación in vitro (FIV) es una técnica de reproducción asistida en la que la unión del óvulo y el espermatozoide se produce fuera del cuerpo de la mujer, en un laboratorio.
Historia En la antigüedad y en la creencia popular de muchas culturas, no existía una conexión clara entre el acto sexual y la ocurrencia del embarazo. A menudo, la concepción se atribuía a factores externos como el agua, la luz solar, la luna o incluso ciertos alimentos.Pschyrembel: Wörterbuch Sexualität. De Gruyter. Berlin/New York 2003, Lemma Zeugungsmythen.
Filósofos griegos como Demócrito, Alcmeón de Crotona, Parménides, Empédocles y los médicos hipocráticos sostenían que ambos progenitores contribuían por igual a la descendencia, aportando cada uno una "semilla" o semen.Jutta Kollesch, Diethard Nickel: Antike Heilkunst. Ausgewählte Texte aus dem medizinischen Schrifttum der Griechen und Römer. Philipp Reclam jun., Leipzig 1979 (= Reclams Universal-Bibliothek. Band 771); 6. Auflage ebenda 1989, ISBN 3-379-00411-1, S. 24 f. Aristóteles, en cambio, propuso una visión diferente: la nueva vida se formaba por la fusión del fluido menstrual femenino (que aportaba la materia) y el semen masculino (que aportaba la forma y el movimiento). Este proceso de formación gradual lo denominó epigénesis.Maienschein J. 2017. The first century of cell theory: From structural units to complex living systems. In: Stadler F. (eds.), Integrated History and Philosophy of Science. Vienna Circle Institute Yearbook. Institute Vienna Circle, University of Vienna, Vienna Circle Society, Society for the Advancement of Scientific World Conceptions, vol 20. Springer, Cham. link.
El descubrimiento del óvulo de los mamíferos por el embriólogo Karl Ernst von Baer en 1827 supuso un hito fundamental. Hasta entonces, prevalecía el preformacionismo, la idea errónea de que el espermatozoide (observado al microscopio) contenía un homúnculo o ser diminuto ya formado, y que la mujer solo aportaba el "terreno" para su desarrollo. Este concepto llevó al uso del término "semilla" para los espermatozoides, una denominación inapropiada que ya está en desuso.
Los científicos del comenzaron a desentrañar la dinámica de la fertilización.Garrison, Fielding. An Introduction to the History of Medicine, pages 566-567 (Saunders 1921). En 1842, el fisiólogo inglés Martin Barry describió la penetración de un espermatozoide en un óvulo de conejo.Reinhard Hildebrand: Barry, Martin. In: Werner E. Gerabek, Bernhard D. Haage, Gundolf Keil, Wolfgang Wegner (Hrsg.): Enzyklopädie Medizingeschichte. De Gruyter, Berlin/ New York 2005, ISBN 3-11-015714-4, S. 147.
A partir de los avances en medicina reproductiva del , la concepción también es posible mediante técnicas como la inseminación artificial y la fecundación in vitro.
Anatomía y fisiología del encuentro miniaturadeimagen|Ilustración que representa la ovulación y el momento de la fertilización.|353x353px La fertilización humana tiene lugar en el interior del cuerpo de la mujer, específicamente en la ampolla de la trompa de Falopio. Esta porción del oviducto mide entre 7 y 8 cm de longitud y tiene un diámetro de 7-8 mm, siendo la región más ancha y larga de la trompa.
Los espermatozoides, después de pasar por el proceso de capacitación en el tracto genital femenino, son guiados hacia el ovocito mediante quimiotaxis. Se ha identificado que la progesterona, secretada por las células del cúmulo oóforo que rodean al ovocito, actúa como un potente quimioatrayente. La progesterona se une al canal CatSper en la membrana del espermatozoide, aumentando el calcio intracelular e induciendo una motilidad hiperactiva que orienta su nado hacia concentraciones más altas de la hormona.
Fases de la fecundación humana
Clásicamente, el proceso de fertilización se divide en varias fases para su estudio: 1) Penetración de la corona radiata, 2) Penetración de la zona pelúcida, 3) Fusión de membranas y activación del ovocito.
Penetración de la corona radiata
El espermatozoide, impulsado por su flagelo y ayudado por enzimas, debe abrirse paso a través de las células de la corona radiata, la capa más externa de células foliculares que aún rodean al ovocito tras la ovulación.
Capacitación y reacción acrosómica
Para poder fecundar, el espermatozoide debe haber completado la capacitación en el tracto femenino. Este proceso dura varias horas e implica cambios en su membrana que aumentan su motilidad y lo preparan para la reacción acrosómica. Al contactar con la zona pelúcida, se desencadena esta reacción: la membrana del acrosoma se fusiona con la membrana plasmática del espermatozoide, liberando enzimas hidrolíticas (como la acrosina) que digieren la matriz de la zona, permitiendo el avance del espermatozoide.
Un fenómeno interesante es que muchos espermatozoides pueden sufrir la reacción acrosómica prematuramente al contactar con la zona pelúcida, facilitando así el camino para que un único espermatozoide logre la penetración. Dado que los espermatozoides de un mismo hombre comparten, en promedio, un 50% de su genoma, este comportamiento cooperativo puede interpretarse como un mecanismo de selección de parentesco.
Penetración de la zona pelúcida
miniaturadeimagen|240px|Imagen de microscopía que muestra la zona pelúcida (ZP) rodeando un ovocito. La zona pelúcida es una gruesa capa extracelular de glucoproteínas que rodea al ovocito. El espermatozoide se une de forma específica a una de estas glucoproteínas, la ZP3. Esta unión es la que desencadena la reacción acrosómica descrita anteriormente. Las enzimas liberadas permiten al espermatozoide excavar un camino a través de la zona pelúcida hasta alcanzar el espacio perivitelino.
Fusión de membranas thumb|Imagen de microscopía que muestra el espacio perivitelino entre la zona pelúcida y la membrana del ovocito. Una vez en el espacio perivitelino, el espermatozoide entra en contacto con la membrana plasmática del ovocito (oolema). Este contacto está mediado por proteínas de membrana específicas: la proteína Izumo1 en la superficie del espermatozoide y su receptor, Juno, en la membrana del ovocito. La unión Izumo-Juno desencadena la fusión de ambas membranas.
Durante la fusión, la cabeza y la pieza intermedia del espermatozoide penetran en el citoplasma del ovocito. La membrana plasmática del espermatozoide queda incorporada a la membrana del ovocito o es degradada. La cola del espermatozoide y sus mitocondrias también entran en el ovocito, pero son rápidamente degradadas. Por esta razón, prácticamente todas las mitocondrias del futuro individuo serán de origen materno.
Bloqueo de la polispermia Para evitar que más de un espermatozoide fecunde al óvulo (polispermia), se activan dos mecanismos de bloqueo:
1. Bloqueo rápido (eléctrico): La fusión del espermatozoide provoca una despolarización de la membrana del ovocito, que dificulta temporalmente la fusión de otros espermatozoides. 2. Bloqueo lento (permanente): Consiste en la reacción cortical. Unos segundos después de la fusión, unas vesículas llamadas gránulos corticales, situados bajo la membrana del ovocito, se fusionan con esta y liberan su contenido por exocitosis al espacio perivitelino. Las enzimas de estos gránulos modifican las glucoproteínas de la zona pelúcida (cortan la proteína ZP2), endureciéndola y haciéndola impermeable a otros espermatozoides. CC BY Simultáneamente, los receptores Juno en la membrana del ovocito desaparecen, evitando nuevas fusiones.
Activación del ovocito y formación de los pronúcleos La entrada del espermatozoide activa al ovocito, que completa su segunda división meiótica, dando lugar al óvulo maduro y expulsando el segundo corpúsculo polar. El núcleo del ovocito se transforma en el pronúcleo femenino. Por su parte, el núcleo del espermatozoide, una vez dentro del citoplasma, se descondensa y forma el pronúcleo masculino. Ambos pronúcleos replican su ADN y migran hacia el centro de la célula.Marieb, Elaine M. Human Anatomy and Physiology, 5th ed. pp. 1119-1122 (2001).
Cariogamia y primera mitosis Una vez próximos, las membranas de los pronúcleos se desintegran. Los 23 cromosomas paternos y los 23 maternos se alinean en un huso acromático común. Este proceso de fusión nuclear se denomina cariogamia. Finalmente, la célula entra en su primera división mitótica, dando lugar a dos células hijas (blastómeros) genéticamente idénticas. En este momento, el cigoto ya es una realidad y ha comenzado el desarrollo embrionario.
Edad de fertilización En medicina y biología del desarrollo, se utiliza el momento de la fertilización como punto de referencia (día 0) para describir el desarrollo prenatal. A la edad resultante se la denomina edad de fertilización, edad de concepción, edad embrionaria o edad fetal.
Sin embargo, en la práctica clínica (obstetricia), es más común utilizar la edad gestacional, que se cuenta desde el primer día del último período menstrual (FUM) de la mujer. Dado que la ovulación y la fertilización ocurren aproximadamente dos semanas después de la FUM, la edad gestacional es, por convención, unos 14 días mayor que la edad de fertilización. Este intervalo es un promedio, ya que existe una variabilidad considerable: el 95% de las ovulaciones ocurren entre 9 y 21 días después del inicio de la menstruación.
La edad de fertilización también se utiliza en ocasiones después del nacimiento para evaluar ciertos riesgos en bebés prematuros.
Fertilización in vitro
La fecundación in vitro (FIV) es una técnica de reproducción asistida en la que la unión del óvulo y el espermatozoide se produce en un laboratorio, fuera del cuerpo de la mujer. Es el tratamiento principal para muchos casos de infertilidad cuando otros métodos han fracasado. El proceso implica la estimulación hormonal de los ovarios para producir múltiples ovocitos, su extracción mediante una punción folicular, su unión con los espermatozoides en una placa de cultivo y, finalmente, la transferencia de uno o varios embriones resultantes al útero materno.
Destello de zinc En 2016, un equipo de investigación de la Universidad de Northwestern describió un fenómeno fascinante que ocurre en el momento de la fertilización: el "destello de zinc". Utilizando microscopía fluorescente, observaron que, en el instante en que un espermatozoide penetra en un óvulo, este libera miles de millones de iones de zinc al exterior, en una serie de destellos. Esta liberación masiva de zinc, que puede ser filmada, es una señal temprana de la activación del óvulo y marca el inicio del desarrollo embrionario. Además, se cree que este destello contribuye al bloqueo de la polispermia. La detección de este destello tiene aplicaciones potenciales en reproducción asistida, ya que permite identificar de forma no invasiva los óvulos con mayor potencial de desarrollo.
Véase también Aparato reproductor Ciclo menstrual Embarazo Gameto Reproducción asistida
Referencias
Enlaces externos
Video del proceso de fertilización (en inglés)
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