Viaje alucinante. El comienzo de tu historia.

La historia tradicional Griega relata que Filípides (530–490 a. C.), un heraldo ateniense, fue enviado a Esparta para pedir ayuda cuando los persas desembarcaron en Maratón (Grecia). El recorrido completo eran 240 km y se llevó a cabo en 2 días. Tras recibir la negativa por parte de los espartanos, y una vez terminada la guerra, el mensajero corrió 42 km desde el campo de combate hasta Atenas para anunciar que los griegos habían vencido en la ahora famosa “Batalla de Maratón”. Al llegar Filípides señaló: «Hemos vencido” y al instante murió debido a las heridas causadas en la cruenta batalla.

Este es un magnifico relato épico, sin embargo no es para nada comparable con una de las historias más sorprendentes de la naturaleza humana. En esta ardua competencia la muerte está presente en todo momento, los participantes no pueden retirarse, y no es posible el regreso; no obstante, nadie se rinde y solo habrá un ganador. Este grandioso esfuerzo es la razón por la cual puedo escribir estas letras y usted leerlas. 

Esta extraordinaria historia se refiere del extraordinario viaje que deben realizar los espermatozoides en su carrera hacia el encuentro con el óvulo.

Muchos para uno.

La reproducción sexual de organismos multicelulares y complejos, como nosotros los humanos, implica la generación de un nuevo individuo provisto de un material genético diferente al de sus progenitores. En palabras de Eduard Punset: “El padre y la madre no cambian, la gran novedad es el hijo”. Para que este sofisticado proceso se lleve a cabo dos células germinales, una por cada progenitor, deben unirse en una sola nueva estructura. Es notable la disparidad entre las células germinales masculina y femenina. Los espermatozoides son de tamaño minúsculo, y se generan por millones; mientras que los óvulos son mucho mayores y se producen de a uno. 

Los testículos de un hombre sano producen aproximadamente mil espermatozoides por cada latido del corazón. De hecho, la historia empieza dos meses antes, que es el tiempo que se toman  para formarse y madurar. Los espermatozoides se encuentran a la espera en el epidídimo, un canal de 6 metros de longitud replegado sobre si mismo. Cuando la excitación es máxima, movimientos peristálticos y la contracción de músculos y vesícula seminal expulsan esperma, a una impresionante velocidad de 30 km por hora, con un contenido de 250 millones de espermatozoides que inician el viaje hacia el cuerpo de la mujer.

La primera pregunta a responder es ¿por qué tantos espermatozoides? La respuesta evidentemente nos la entrega la evolución. Es bien conocido que nos separamos, evolutivamente hablando, de los actuales chimpancés hace unos siete millones de años. En la sociedad chimpancé, son muchos los machos que viven junto con las hembras del grupo, por lo que tanto machos como hembras copulan con diferentes compañeros en un lapso de tiempo muy corto. El chimpancé que produce mayor cantidad de espermatozoides tiene la ventaja en la competencia paternal con otros machos. Se cree que con nuestros ancestros primates, que llevan hacia nosotros los actuales humanos, ocurrió algo muy similar cuando convivíamos y competíamos por la supremacía genética con otras especies de homínidos. De esto hace ya al menos un millón de años. Al presente, según los expertos, un contenido por debajo de 20 millones de espermatozoides por mililitro genera problemas en la fertilidad, y se diagnostica la oligoespermia o escasez de espermatozoides. En algunos casos también puede ocurrir la azoospermia  o ausencia total de espermatozoides.

Sin embargo este no es el único punto a tomar en cuenta. Para conseguir la fecundación también es muy importante que los espermatozoides tengan la forma y movilidad adecuada, lo que en realidad importa es el balance entre la resistencia de la cabeza y el impulso de la cola. Las alteraciones en morfología o en cantidad hacen muy difícil o incluso imposible la concepción. Según estimaciones actuales resulta que en un hombre fértil promedio solo el 35 al 40% del contenido espermático, tiene la forma y tamaño adecuado. El restante 60% apenas empezará la carrera hacia la fertilización del óvulo femenino. Las propias fallas físicas de los espermatozoides se constituyen en el primer escollo grave a resolver; pensando en Darwin: “solo los mas aptos podrán continuar”.

Ya que entramos en tema, y antes de empezar con la carrera,  ¿por qué las mujeres presentan solo uno, o en casos extremos, dos óvulos con opción a ser fecundados? La respuesta aquí tiene que ver con que las hembras (de los primates en general) producen cada mes la cantidad de óvulos que permite el número máximo de crías con garantías de éxito en el momento del parto; lo cual a su vez, está directamente relacionado con el tamaño de la cría al nacer. En el caso de los humanos, el número habitual de bebés por parto es de uno, por eso las mujeres producen un solo óvulo maduro al mes. Excepcionalmente, algunas mujeres pueden llegar a producir dos óvulos maduros al mes que, en caso de ser fecundados (por espermatozoides diferentes), dan lugar a los llamados mellizos.

Ahora pongámonos en materia. La probabilidad de que un espermatozoide encuentre y fecunde el único óvulo femenino es muy baja, eso también explica porque en los hombres se produce un número tan elevado de espermatozoides, ya que de esta manera las probabilidades de fecundación aumentan. En forma general las posibilidades de embarazo en parejas saludables menores de 30 años, y que tengan relaciones sexuales con regularidad es aproximadamente de un 25 a un 30% mensual, lo cual nos pone en perspectiva de la dificultad del viaje que deben realizar los espermatozoides.

El terrible comienzo.

Para un espermatozoide la vagina es como un cordón montañoso, con muros de hasta un kilómetro y medio de alto. A partir de aquí todo conspira en su contra. El pH de la vagina, que contiene ácido láctico y acético (responsables del agrio de la leche y del sabor del vinagre respectivamente), se constituye en un asesino sin piedad. Por suerte hay algo de ayuda: la lubricación vaginal, y sobre todo el líquido que acompaña a los espermatozoides reduce la acidez en segundos, y aquellos espermatozoides que no murieron corroídos por el ácido pueden continuar el viaje. Desde este momento las cifras ya son impresionantes; después de solo 30 minutos en el interior de la vagina el 99% de los espermatozoides está muerto o agonizando. Al momento, dos millones de sobrevivientes cruzan el interior de la vagina buscando el cuello del útero desesperadamente; pero aquí nada es fácil, un nuevo inconveniente aparece en el camino: la distancia es inmensa, literalmente está fuera de alcance.

El proceso de acercamiento hacia el cuello del útero solo puede ser exitoso en el caso que la mujer se encuentre cerca del periodo de ovulación, de otra forma, el cuello estará bloqueado. En ese preciso momento las hormonas femeninas, los estrógenos, suavizan la mucosa cervical que durante el resto del mes sella el cuello para protegerlo. La mucosa suavizada baja desde el cuello uterino y recorre hacia la vagina en forma de un gel ligeramente viscoso. Para los espermatozoides es como si una red cayese desde el cielo, deben asirse y usarla para poder alcanzar su objetivo. Después de luchar contra la gravedad solo unos 600.000 logran superar la etapa.

La encrucijada.

Ahora se encuentran en el cuello del útero. El cuello es una maraña de laberintos en donde la mayoría de los espermatozoides pierde el camino. En alusión a la cultura popular, «no todos los caminos conducen a Roma». Muchos caminos no tienen regreso, y algunos son tan estrechos que solo permiten el paso de un corredor. Existe un problema adicional: si el espermatozoide consume su energía en la vía equivocada, no alcanzará para el regreso y tendrá una lenta y terrible muerte. Menos del 1% de los espermatozoides que llegan al cuello uterino logra sobrevivir. Para ellos, nuevamente el cuerpo femenino brinda algo de esperanza. En caso de existir contracciones uterinas, una parte de los atletas escala rápidamente el cuello del útero con mayor probabilidad de éxito. Dichas contracciones son similares a las que ocurren durante el parto (reflejo de Ferguson) y son el resultado de una serie de secreciones hormonales, siendo según se cree, la oxitocina la responsable de tal efecto una vez que se segrega en el cerebro como resultado del orgasmo.

El viaje ha durado dos horas y solo los 3.000 espermatozoides que están en mejor forma, y que no se pierden en el trayecto, tendrán que enfrentar al sistema inmunológico femenino en interior del útero. Desde el punto de vista femenino los espermatozoides son invasores. El sistema de defensa destruye las células extrañas, ya que considera que los espermatozoides son potenciales causantes de daño, o que podrían propagar infecciones. La lucha es desigual, los espermatozoides no tienen armas ni defensas, y los glóbulos blancos responsables de aniquilarlos son más grandes, más numerosos, y aún peor: cazan en grupo. La única respuesta de los espermatozoides es su velocidad. Aquellos que alcanzan a huir continuarán la carrera. Unas cuantas docenas logran llegar al extremo del útero y buscan la trompa de Falopio. Cuando un óvulo va a ser liberado de una determinada trompa, el útero realiza contracciones que envían los espermatozoides hacia la trompa correcta. No obstante, los problemas continúan. Las trompas de Falopio son selectivas, poseen un sistema de reconocimiento celular, por lo cual los espermatozoides sin la “contraseña” correcta no serán aceptados.

Llaves volantes. «Solo una abre la cerradura». Dibujo para el libro de Harry Potter y la piedra Filosofal de J.K. Rowling

Llega la calma.

Una vez en la trompa de Falopio por fin los espermatozoides elegidos tienen un respiro. Los corredores pueden descansar, protegerse y recobrar energía. Esta pausa también les sirve para permitir un proceso de maduración que facilita su papel en la fecundación. Los espermatozoides pueden sobrevivir en las trompas entre 24 a 60 horas. Si el momento es el adecuado y se ha producido la ovulación las cosas son muy favorables (ya era hora).  Hay que recordar que cuando el óvulo abandona el ovario, penetra en la trompa de Falopio adyacente y es impulsado hacia el útero gracias a unas proyecciones denominadas cilios que se localizan en la superficie interna de la trompa; si el óvulo se encuentra con el espermatozoide en su interior, donde tienen lugar la mayoría de las fecundaciones, se implantará en el útero bajo condiciones óptimas. El viaje del espermatozoide hacia el encuentro final, en la trompa, puede ocurrir en tan solo unos pocos minutos gracias a la ayuda proporcionada por la existencia de dos mecanismos de atracción entre espermatozoide y óvulo. El primero es químico y se llama quimiotaxis (dirección química). En este proceso el óvulo atrae a los espermatozoides mediante la liberación de una sustancia química. El segundo tiene que ver con una ligera diferencia de temperatura en sectores de la trompa de Falopio una vez ocurrida la ovulación. Esta agradable temperatura permite que los espermatozoides vayan hacia el encuentro con el óvulo. Este mecanismo toma el nombre de termotaxis (dirección térmica), y está ausente cuando no hay ovulación. Se sabe que a determinadas distancias el mecanismo responde a un modelo de termotaxis, mientras que a distancias menores opera el modelo de quimiotaxis. Por el momento no se conoce con certeza ni la naturaleza de las sustancias quimioatractivas, que podrían ser péptidos (asociaciones de aminoácidos) termoestables que modulan la forma de nadar del espermatozoide, ni tampoco los mecanismos moleculares del proceso de termotaxis. Regresando al punto, para los espermatozoides han transcurrido aproximadamente 8 horas, a partir de este momento se aprestan al recorrido final: el encuentro con el óvulo.

Última etapa.

Es el momento del sprint final. El ganador obtiene la gloria, los perdedores la muerte. El objetivo es alcanzar y penetrar el óvulo. El nuevo enemigo es el tiempo, todo depende de cuanto vive el óvulo. Si los espermatozoides llegan demasiado temprano, morirán sin lograr la meta; si llegan demasiado tarde, el óvulo estará muerto. Se necesita una sincronización extrema para tener éxito. Los corredores partieron hace 14 horas, en el mejor de los casos quedan no más de 20 héroes. Una vez que se acercan a la meta deben resolver el último dilema: penetrar la capa externa del óvulo y finalmente fecundarlo.

Un espermatozoide «reconoce» a un óvulo cuando las proteínas de la cabeza del espermatozoide se encuentran con las moléculas adecuadas en el revestimiento externo o zona pelúcida del óvulo.  Para fertilizar un óvulo, el espermatozoide debe unirse a esta zona, penetrar a través de ella, y fusionarse con su membrana plasmática. Nuevas investigaciones demuestran que las glicoproteínas (moléculas compuestas por una proteína unida a uno o varios glúcidos, que son biomoléculas compuestas por carbono, hidrógeno y oxígeno –mal denominadas  carbohidratos–) que forman  la zona pelúcida poseen receptores y activadores para  los espermatozoides, facilitando la fecundación. Específicamente la unión del espermatozoide al óvulo se debe a la abundancia de una secuencia de moléculas de azúcar (un glúcido) llamada sialil-Lewis-x (SLeX) en los extremos de las glicoproteínas de la zona pelúcida. Mirándolo fríamente se puede decir que el espermatozoide se ve seducido por el azúcar del óvulo. Una vez atraído el ganador debe sacrificarse al máximo: La cabeza del espermatozoide explota liberando enzimas que permiten el ingreso hacia el óvulo, y la cola se corta una vez que el óvulo devora al ganador, combinando la información genética del portador y la suya propia. Al fusionarse la dos células una “sinfonía” genética se hace presente, en donde el ganador a entregado su propia vida para generar otra, única e irrepetible.

Sin el esfuerzo y éxito de ese espermatozoide especifico no estaríamos aquí, y nuestros padres habrían tenido otro hijo(a) con características completamente diferentes. Así como el griego Filípides anunció la victoria en batalla, nosotros, que debemos todo al espermatozoide ganador decimos: ¡muchas gracias, campeón!

Alexis Hidrobo P.

Profesor Química Universidad San Francisco de Quito.

Notas:

• Para la imagen de maratón no pude resistir colocar a Guille escapando de su mamá. Guille es un personaje de la fantástica tira de prensa Mafalda de Quino.
• La cadena montañosa corresponde a una magnifica fotografía de las Torres del Paine en mi querido Chile.

Para Saber Más:

• Human Sperm Binding Is Mediated by the Sialyl-Lewisx Oligosaccharide on the Zona Pellucida. Science. 23 September 2011: Vol. 333 no. 6050 pp. 1761-1764.
• Historia de la Humanidad. Libro II. Editorial Larousse. Santiago de Chile. 2005.
• Great-sperm-race. Discovery channel. 2009.
• Eduardo Punset. El viaje al amor. Las nuevas claves científicas. Ediciones Destino. S.A. Barcelona. 2007.
• Jared Diamond. ¿Por qué es divertido el sexo? La evolución de la sexualidad humana. Editorial Random House Mondadori Ltda. Bogotá. 2007.
• Gran Atlas de la Ciencia. Cuerpo Humano I y II. Editorial Sol 90. Barcelona. 2006.
• Fisiología del espermatozoide: viajes en busca de un dialogo.  Gaceta UNAM, Número 3994, 21 de junio de 2007.
• Raynald Pepin. Más allá de las apariencias. Editorial Océano. Barcelona. 2009.

Alexis Hidrobo

Invierto mi tiempo en la enseñanza de Química en la Universidad San Francisco de Quito. Además me apasiona la divulgación científica y la ciencia ficción.