Capítulo 3 Primera Semana Se inicia con la fecundación, continúa con la segmentación, la formación del blastocisto y termina con la implantación. Fecundación Objetivos Al finalizar el estudio del contenido de esta unidad, el alumno estará en condiciones de : 1. Describir los cambios citológicos que le ocurren al ovocito y al espermatozoide durante la fecundación. 2. Describir el proceso de segmentación y formación del blastocisto. 3. Describir el mecanismo de implantación e indicar los sitios normales y anormales del mismo. Consiste en una serie de eventos ordenados que van desde el contacto inicial del espermatozoide con el ovocito secundario hasta la fusión íntima de ambas células. Este proceso que dura cerca de 24 horas, se produce normalmente en la región de la ampolla de la trompa uterina (ver Fig. 2 1), y ocurre como sigue : a) El espermatozoide pasa a través de la corona radiada del ovocito secundario. La dispersión de estas células parece ser el resultado de una acción enzimática simultánea de la trompa uterina y del acrosoma del espermatozoide (hialuronidasa). Los activos movimientos del espermatozoide ayudan también a penetrar la corona radiada y la zona pelúcida (ver Fig. 3-1 A). 29
Primera Semana b) El espermatozoide penetra la zona pelúcida haciendo un camino por la acción de enzimas liberadas desde el acrosoma (acrosina y neuraminidasa). Aunque varios espermatozoides pueden penetrar la zona pelúcida, normalmente sólo uno de ellos entrará al ovocito secundario y lo fecundará (ver Fig. 3-1 B). La zona pelúcida contiene 3 tipos de glucoproteínas de diferentes pesos moleculares (ZP 1, ZP 2 y ZP 3), siendo la más liviana (ZP 3) la que actúa como molécula receptora para los espermatozoides. La ZP 3 (53 60 kd) es una molécula específica de la especie y es la que inicia la llamada reacción acrosómica en la cabeza del espermatozoide. (Bauskin, A. et al., 1999). Esta reacción consiste en la fusión, en varios puntos, de la membrana externa del acrosoma con la membrana plasmática de la cabeza del espermatozoide. La fusión llega a formar vesículas que se abren al exterior liberando una serie de enzimas que permitirán abrir un camino a través de la zona pelúcida. 30 Figura 3-1. Esquemas secuenciales que muestran los eventos que suceden durante la fecundación. A. Los espermatozoides penetran la corona radiada. B. Un espermatozoide comienza a atravesar la zona pelúcida. C. El espermatozoide que penetró deja toda su membrana plasmática fuera del ovocito. D. Ocurre la segunda división meiótica en el ovocito. E-G. División del cigoto en dos blastómeras. c) La cabeza del espermatozoide se une a la membrana del ovocito secundario, así las membranas de ambas células llegan a fusionarse. Todo el contenido del espermatozoide penetra al interior del ovocito secundario, quedando afuera su membrana plasmática (ver Fig. 3-1 C).
Capítulo 3 d) El ovocito secundario reacciona al contacto del espermatozoide de dos maneras : aumentan los niveles de calcio (Ca +2 ) intracelular produciendo exocitosis de gránulos corticales que liberan su contenido en el espacio perivitelino (entre la membrana plasmática y la zona pelúcida), alterando las moléculas receptoras de espermatozoides; así impiden que otros espermatozoides pudieran penetrar produciendo una poliespermía (fecundación por varios espermatozoides) (Epel, D., 1977). Cigoto Pronúcleos masculino y femenino Ovocito II detenido en Metafase II Ovocito II completa Meiosis II Síntesis de ADN otra consecuencia del aumento en los niveles del calcio es que el ovocito secundario completa su segunda división meiótica originando el óvulo y el segundo cuerpo polar. Este evento se produce debido a la inactivación del MPF al degradarse su ciclina. El núcleo del óvulo se conoce ahora como pronúcleo femenino (ver Fig. 3 1 D). e) Una vez dentro del citoplasma del óvulo, el espermatozoide pierde rápidamente la cola y su cabeza aumenta de volumen para formar el pronúcleo masculino. Ahora ambos pronúcleos entran en la fase S y ocurre una síntesis de sus ADN, a medida que van acercándose al centro de la célula. De esta manera llega a formarse una nueva célula llamada cigoto : el primordio de un nuevo ser (ver Fig. 3 1 E). Entra en Mitosis Cromosomas paternos y maternos alineados en la placa metafásica en un solo plano Embrión de 2 células Figura 3-2. Serie de dibujos que muestran los principales eventos que experimenta el cigoto hasta originar las dos primeras células. 31
Primera Semana 32 f) Los pronúcleos femenino y masculino se acercan hacia el centro del óvulo, toman contacto y pierden sus envolturas nucleares. Entran en su primera división mitótica y se liberan los cromosomas alineándose en la placa metafásica. Al separarse los juegos de cromosomas a los polos, se organizan las dos primeras células del nuevo ser: las blastómeras (ver Fig. 3 1 G; ver Fig. 3 2). Trabajos realizados en otras especies sugieren la existencia de dos barreras distintas que evitan la poliespermía : un bloqueo rápido e incompleto que ocurre en los primeros segundos después del contacto entre el espermatozoide y el ovocito secundario; y otro más lento y más completo denominado reacción cortical. (Wassarman, P., 1988). Bloqueo rápido : al primer segundo después del anclaje del espermatozoide, se produce un flujo de iones Na + hacia el interior del ovocito secundario provocando una variación en el potencial de membrana similar a la de un impulso nervioso; esta variación del potencial impide la entrada de espermatozoides supernumerarios. A los 8 segundos después del anclaje, ocurre un aumento repentino de la concentración de iones Ca +2 en el interior de la célula, provenientes de depósitos intracelulares. Sus acciones ya fueron explicadas. Bloqueo lento : los gránulos corticales contienen enzimas, proteínas estructurales y mucopolisacáridos sulfatados. Algunas de las enzimas provocan alteración de la estructura de la glucoproteína receptora de la zona pelúcida (ZP 3), impidiendo así el reconocimiento de otros espermatozoides. Otras enzimas degradan las proteínas conectivas que unen la zona pelúcida con la membrana plasmática, quedando ellas separadas por un espacio (espacio perivitelino). Los mucopolisacáridos provocan por osmosis la entrada de agua en éste espacio, aumentando la distancia entre ella. (Benoff, S., 1997). Las consecuencias de la fecundación son : a) Restablecimiento del número diploide de cromosomas : la fusión de las dos células germinales haploides (con 23 cromosomas cada una) produce un cigoto diploide con 46 cromosomas, el número característico de la especie humana. b) Variaciones de la especie : debido a que la mitad de los cromosomas proviene de la madre y la otra mitad del padre, el cigoto contiene una nueva combinación de cromosomas. Este mecanismo constituye la base de la herencia biparental y da por resultados variaciones en la especie. c) Determinación del sexo : el sexo genético del embrión se determina durante la fecundación, dependiendo del contenido cromosómico del espermatozoide que fecunde al ovocito secundario.
Capítulo 3 Todos los ovocitos secundarios llevan un cromosoma X. Los espermatozoides pueden llevar el cromosoma X ó el cromosoma Y. Si un espermatozoide que lleva el cromosoma X fecunda al ovocito secundario, resultará un cigoto XX (una hembra); en cambio, si el ovocito secundario es fecundado por el espermatozoide que lleva el cromosoma Y resultará un cigoto XY, que será varón (ver Fig. 3 3). d) Inicio de la segmentación : la fecundación inicia el desarrollo. Estimula al cigoto para que sufra una serie de divisiones celulares rápidas, conocida como segmentación. Cuando no ocurre fecundación, el ovocito secundario suele degenerar en un período de 24 horas después de la ovulación. En ocasiones, el cigoto puede resultar con un número de cromosomas que es múltiplo del número haploide de cromosomas (n= 23), es decir, 69 (23*3), 92 (23*4), etc. Esta condición anormal se denomina euploidía y es causa importante de abortos espontáneos. El tipo más conocidos de euploidía en los embriones humanos es la triploidía (3n = 23+23+23 = 69 cromosomas). Esto puede resultar : a) cuando un cuerpo polar (23 cromosomas) no se separa del ovocito (23 cromosomas) durante la 2ª división meiótica y dicho ovocito con 46 cromosomas es fecundado por un espermatozoide (23 cromosomas), o Figura 3-3. Dibujos que muestran el origen del sexo del nuevo ser, cuando un espermatozoide que porte un cromosoma X, dará origen a una hembra y cuando porte un cromosoma Y dará origen a un varón. b) cuando el ovocito (23 cromosomas) es fecundado por dos espermatozoides (23 cromosomas cada uno) casi simultáneamente. Esta condición recibe el nombre de dispermia. 33
Primera Semana 34 Segmentación A medida que el cigoto es movilizado por los cilios y las contracciones peristálticas de la trompa uterina, sufre rápidas divisiones mitóticas conocidas como segmentación. A las 30 horas después de la fecundación, y ahora en el istmo de la trompa uterina, el cigoto ya se ha dividido en dos células hijas llamadas blastómeras (ver Fig. 3-2 D). Estas células siguen dividiéndose rápidamente originando células cada vez más pequeñas (ver Fig. 3-2 E y F). Al 3 día después de la fecundación resulta una masa compacta de células llamada mórula, que contiene de 12 a 16 blastómeras (ver Fig. 3-2 G). Figura 3-4. Dibujos del ovario, trompa de Falopio y útero. Los dibujos señalados con letras indican los estados del desarrollo del embrión desde su fecundación hasta su implentación. Los esquemas mostrados abajo representan las rápidas divisiones que ocurren en la segmentación. Las células se hacen cada vez más pequeñas, estas células no crecen ya que carecen de las fases G1 y G2. Sólo hay fases S y M que se alternan, mostrado en los círculos inferiores. Blastocisto Cuando la mórula se acerca al útero al 4 día, comienza a entrar líquido a través de la zona pelúcida hacia los espacios intercelulares. Gradualmente, estos espacios confluyen para formar una única cavidad denominada blastocele, lo cual convierte a la mórula en un blastocisto (ver Fig. 3 4 H). Algunas de las células se ubican en la periferia formando la masa celular externa o trofoblasto y otras en el centro formando la masa celular interna o embrioblasto (ver Fig. 3-4 H e I).
Capítulo 3 La región del blastocisto que contiene el embrioblasto se denomina polo embrionario y la región opuesta se denomina polo abembrionario. Alrededor del 5 día (ver Fig. 3 5 A), la zona pelúcida degenera y desaparece permitiendo que el blastocisto pueda aumentar considerablemente de tamaño (comparar diámetros Fig. 3 4 H con Fig. 3 4 I). Implantación En el 6 día, el blastocisto se adosa al epitelio endometrial (ver Fig.3-4 J) y las células trofoblásticas sobre el polo embrionario, comienzan a introducirse entre las células del epitelio, liberando enzimas proteolíticas. Al avanzar la penetración, el trofoblasto se diferencia en dos capas celulares : una interna, el citotrofoblasto y otra externa, el sincitiotrofoblasto (ver Fig. 3-5 B). Esta última consiste en una masa protoplasmática multinucleada que carece de límites intercelulares (la división es tan acelerada que no logran formarse los límites celulares). Procesos en forma de dedos penetran entre las células del epitelio endometrial mediante la producción de enzimas proteolíticas. Figura 3-5. Dibujos esquemáticos que muestran el momento de la implantación del embrión en el epitelio uterino. A. Antes de la implantación. B. En el momento de iniciar la implantación. 35
Primera Semana Mientras el blastocisto se está implantando, en la superficie del embrioblasto que mira al blastocele, aparece una capa de células planas que corresponde al hipoblasto o endodermo primitivo, la primera de las capas embrionarias en formarse (ver Fig. 3 5 B). Este evento sucede al final de la primera semana, cuando el blastocisto está superficialmente implantado en la mucosa del útero. Esta se encuentra en la fase luteínica o progestacional (día 21 del ciclo mentrual) caracterizándose por estar ricamente vascularizada, edematosa y secretar mucus y glucógeno, todo lo cual favorece la implantación del blastocisto. 36 El blastocisto humano se implanta normalmente en el fondo del útero, en su pared anterior o posterior (ver Fig. 3 6 A, zona sombreada). Sin embargo, puede implantarse en otros sitios dentro del útero (cervical, angular) o fuera del útero (cavidad abdominal, trompas uterinas, ovario), situaciones anormales que originan los llamados embarazos ectópicos (ver Fig. 3 6 B) (El orden de frecuencia de estas implantaciones está indicada por el orden numérico). Figura 3-6. Dibujos esquemáticos que muestran los sitios de la implantación del embrión en el útero. A. Zona marcada, región frecuente de implantación. B. Puntos numerados, frecuencia de implantación poco frecuente.
Capítulo 3 Mami, de dónde vienen los bebés? Esta es una clásica pregunta que los niños de cierta edad hacen a sus progenitores. Muchos de éstos tratan de eludir las respuestas, otros la enfrentan directamente sin ambigüedades y otros no contestan ni responden. Como una acotación a este capítulo que incluye la fecundación y para complicar la pregunta, se proporciona una serie de respuestas que han surgido debido al avance asombroso en el campo de la ciencia reproductiva. Cada uno saque sus propias conclusiones. 1. Tradicional : por relación sexual 2. Inseminación artificial : se define como el depósito no natural de espermatozoides del cónyuge, pareja o donante en el tracto reproductivo de la mujer, con la finalidad de lograr un embarazo. Este término incluye varias técnicas de inseminación : intravaginal, intracervical, intrauterina, perfusión tubárica e intrafolicular. La aplicación de alguna de ellas dependerá de factores masculinos (disfunción sexual) o factores femeninos (disfunción ovárica, factor cervical, endometriosis). Incluye estimulación ovárica, monitoreo del crecimiento folicular, preparación de la muestra del semen, la inseminación, reposo y prueba de embarazo. 3. Fertilización in vitro (FIV) : consiste en la aspiración de ovocitos extraídos de ovarios estimulados, justo antes de la ovulación, y mezclados con espermatozoides en recipientes de vidrio, en condiciones adecuadas de ph, tº, etc. Una vez ocurrida la fecundación se incuban un par de días y el embrión es insertado en el útero materno. Famosa es Louise Brown, la primera bebé probeta (1978). Este técnica se implantó para solucionar problemas de las trompas. 4. Inyección intracitoplasmática de espermatozoides : es una fecundación in vitro altamente especializada que consiste en inyectar un espermatozoide dentro de un ovocito extraído del ovario. Se requiere de potentes microscopios e instrumentos de micromanipulación para sostener el ovocito e inyectar el espermatozoide. Resuelve muchos problemas masculinos. 37
Primera Semana 5. Transferencia de blastocistos : la innovación más relevante en el campo de la reproducción asistida ha sido la transferencia de blastocistos. Recordemos que al 5º ó 6º día después de la fecundación, el conceptus está conformado por una estructura celular denominada blastocisto. Después de efectuada la fertilización in vitro, el blastocisto se implanta en el útero. Los primeros nacimientos en Venezuela por este método se lograron en 1999. 6. Donación ovular : el ovocito de una donante es fertilizado in vitro e implantado en el útero de otra mujer. Puede permitirse también que el cigoto avance hasta blastocisto e implantarlo en el útero. 7. Uteros alquilados : mujeres fértiles y sanas optan por alquilar sus úteros para permitir el desarrollo de un ovocito o blastocisto. Este conceptus puede provenir de una pareja de miembros conocidos o anónimos. 8. Criopreservación : en la sociedad actual, sobretodo en las más desarrolladas, hay muchas mujeres que por alcanzar metas profesionales tienden a aplazar la maternidad. Pero la edad es el enemigo silencioso de la gestación. A estas mujeres se les ha abierto la posibilidad de preservar, en nitrógeno líquido, los ovocitos extraídos cuando están en plena edad reproductiva. Años después, pueden fertilizar dichos ovocitos con alguna de las técnicas descritas anteriormente. 9. Clonación : en su concepto más amplio, los clones son moléculas, células o individuos que tienen un antepasado común. Por ejemplo, existe un ADN clonado (ADNc) obtenido a partir de una secuencia original, células clonadas obtenidas a partir de una célula y vegetales obtenidos por reproducción asexual. Este método incluye clonación por separación y multiplicación celular y por transferencia de núcleos. Esta última metodología se empleó en la famosa oveja Dolly (1997), el primer mamífero nacido que no tiene padre ni madre, viene de un solo progenitor. Como aplicación en el proceso reproductivo humano, cabe la posibilidad que un núcleo de una célula somática de un progenitor sea insertado en un ovocito anucleado, ferilizado con una descarga eléctrica e implantado en un útero alquilado. Otras utilidades que podría tener son : producción de proteínas humanas, donación de órganos humanos, terapia genética y otros. 38 Ultima pregunta, quiénes son mis padres?
Capítulo 3 RESUMEN La fecundación indica el primer día del desarrollo de un nuevo ser. El espermatozoide atraviesa la corona radiada y la zona pelúcida mediante la liberación de enzimas contenidas en su acrosoma. Una glucoproteína de la zona pelúcida actúa como molécula receptora específica de la especie e induce la reacción acrosómica en los espermatozoides. Cuando el espermatozoide contacta con el ovocito secundario, ocurren cambios en la zona pelúcida y membrana del ovocito secundario que impiden la poliespermía. El ovocito secundario completa su 2ª división meiótica originando el óvulo y el 2 cuerpo polar. El pronúcleo femenino (núcleo del ovocito) fusiona su material genético con el pronúcleo masculino (núcleo del espermatozoide) formando el cigoto. Antes de que ocurra esta fusión, ambos núcleos duplican su ADN. La fecundación dura cerca de 24 horas, ocurre generalmente a nivel de la ampolla de la trompa de Falopio y sus resultados son: restablecer el número diploide de cromosomas de la especie, determinar el sexo cromosómico e iniciar la segmentación. La segmentación comprende una serie de mitosis rápidas que sufre el cigoto originando células pequeñas llamadas blastómeras, cuyo conjunto es la mórula. El blastocisto se origina de la mórula cuando ésta llega al útero. El blastocisto está conformado por el trofoblasto, el embrioblasto y el blastocele. La implantación del blastocisto en el epitelio endometrial ocurre al 6 día de desarrollo. El trofoblasto se diferencia en el citotrofoblasto y sincitiotrofoblasto. En el 7º día del desarrollo, el embrioblasto origina el hipoblasto o endodermo primitivo (la primera de las tres capas embrionarias fundamentales). 39
Primera Semana 40 Autoevaluación? Anteponga la letra V ó la letra F si considera que la frase sea VERDADERA ó FALSA, respectivamente: 1. La fecundación se produce normalmente en la región del istmo de la trompa de Falopio 2. El ovocito no fecundado suele degenerar al momento de la menstruación 3. La zona pelúcida desaparece en el estado de blastocisto Preguntas de selección única : 4. Para evitar la poliespermía, el ovocito : a) libera enzimas acrosómicas b) engruesa su membrana plasmática c) cierra sus canales internos de calcio d) produce exocitosis de gránulos corticales e) libera iones sodio 5. La mórula : a) es una masa sólida de pequeñas blastómeras b) aparece al tercer día después de la fecundación c) se encuentra cerca del útero d) posee zona pelúcida e) todas las anteriores son correctas 6. La implantación del blastocisto : a) ocurre al tercer día después de la fecundación b) se produce con frecuencia en la ampolla del oviducto c) se inicia por su polo embrionario d) compromete al miometrio del útero e) determina la desaparición de la zona pelúcida 7. Anteponga una letra del esquema a cada una de las siguientes frases : a) Da origen a la placenta b) Sufre cambios que impiden entrada de otros espermatozoides c) Cavidad blastocística d) Da origen al hipoblasto e) Da origen al embrión