Espermatozoides

¿Qué son los espermatozoides?

Los espermatozoides son las células sexuales maduras (células gaméticas) producidas en los testículos. Son células sumamente especializadas, dedicadas completamente a la tarea de la fertilización de los óvulos femeninos, evento fundamental durante la reproducción sexual.

Fueron descubiertas hace más de 300 años por Antony van Leeuwenhoek, quien, motivado únicamente por su curiosidad, observó su propio semen y acuñó el término “animálculo” a las miscroscópicas estructuras flageladas que observó.

Desde entonces, estas células han sido objeto de estudio de muchas investigaciones, especialmente de las relacionadas con la fertilidad y la reproducción asistida.

Los espermatozoides son células con altos requerimientos energéticos, pues deben moverse a gran velocidad cuando son eyaculados desde el pene (órgano reproductor masculino) hacia el tracto vaginal (órgano reproductor femenino).

La energía que emplean deriva principalmente del metabolismo de carbohidratos como la glucosa, es decir, de la glucólisis y la fosforilación oxidativa mitocondrial, demostrado en 1928 gracias a los experimentos realizados por McCarthy y sus colaboradores.

La formación y liberación de estas células depende de muchos factores endocrinos (hormonales), especialmente de la testosterona, producida y secretada por los testículos.

A diferencia de lo que sucede con las células sexuales femeninas (producidas durante el desarrollo embrionario), los espermatozoides se producen continuamente durante toda la vida adulta del hombre.

Funciones de los espermatozoides

• Transporte del material genético masculino. Llevar los genes paternos (ADN) al óvulo para contribuir al genoma del embrión.
• Fertilización del óvulo. Fusionarse con el óvulo en el proceso de fertilización, iniciando el desarrollo de un nuevo organismo.
• Activación del óvulo. Emitir señales químicas y físicas que activan el óvulo y lo preparan para el desarrollo embrionario.
• Contribución al material genético único. Garantizar la variabilidad genética a través de la recombinación y la mezcla de genes de ambos progenitores. Cuando el espermatozoide que consigue con éxito fertilizar y fecundar el óvulo tiene un cromosoma X, el bebé que se formará será XX, es decir, será genéticamente femenino. En cambio, cuando el espermatozoide que se fusiona con el óvulo tiene un cromosoma Y, el bebé será XY, es decir, genéticamente masculino.

Partes del espermatozoide (estructura)

Los espermatozoides son células flageladas de pequeño tamaño (miden menos de 70 micras de longitud). Cada espermatozoide se compone de dos regiones bien definidas, conocidas como cabeza y cola, ambas encerradas por la misma membrana plasmática.

En la cabeza está el núcleo, que servirá para fertilizar el óvulo femenino. La cola es el orgánulo de locomoción que les permite desplazarse y que representa parte importante de su longitud.

• Cabeza. La cabeza de los espermatozoides es aplanada y mide más o menos 5 micras de diámetro. En su interior se encuentra el ADN celular, muy compactado, lo que minimiza el volumen que este ocupa, facilitando su transporte, transcripción y silenciamiento. El núcleo espermático posee 23 cromosomas haploides (en una sola copia). Estos cromosomas se diferencian de los cromosomas de las células somáticas (las células del cuerpo que no son células sexuales) en que están empaquetados con unas proteínas conocidas como protaminas y algunas histonas espermáticas. Las protaminas son proteínas con abundantes cargas positivas, lo que facilita su interacción con el ADN de carga negativa. Además del núcleo, la cabeza de los espermatozoides posee una vesícula secretora, conocida como vesícula acrosómica o acrosoma, que rodea parcialmente la región anterior del núcleo y que está en contacto con la membrana plasmática de la célula sexual. Dicha vesícula alberga en su interior gran cantidad de enzimas que facilitan el proceso de penetración de la cubierta externa del óvulo durante la fertilización. Entre esas enzimas destacan la neuraminidasa, la hialuronidasa, la fosfatasa ácida, la arilsulfatasa y la acrosina, una proteasa similar a la tripsina. Cuando el óvulo y el espermatozoide entran en contacto uno con el otro, el acrosoma libera su contenido por exocitosis, proceso conocido como “reacción acrosómica”, esencial para la unión, la penetración y la fusión del espermatozoide con el óvulo.

• Cola. La cabeza y la cola del espermatozoide están cubiertas por la misma membrana plasmática. La cola es un flagelo de gran longitud que tiene cuatro regiones, denominadas cuello, pieza intermedia, pieza principal y pieza terminal. El axonema, es decir, la estructura citoesquelética que le proporciona movimiento a la cola, emerge de un cuerpo basal ubicado detrás del núcleo del espermatozoide. Este cuerpo basal es lo que conforma el cuello, y tiene más o menos 5 μm de largo. Entre el cuello y la pieza terminal está la pieza intermedia, de 5 micras de longitud, caracterizada por la presencia de múltiples mitocondrias dispuestas en forma de “vaina” alrededor del axonema central. Estas mitocondrias, altamente especializadas, proporcionan, en esencia, la energía necesaria para el movimiento en forma de ATP. La pieza principal tiene poco menos de 50 μm de largo y es la parte más larga de la cola. Comienza en un “anillo” que impide el avance posterior de la mitocondria y termina en la pieza terminal. A medida que se acerca a la pieza terminal, la pieza principal se ahúsa (se hace más estrecha). La pieza terminal, finalmente, está compuesta por los últimos 5 μm de la cola y es una estructura donde se observa cierto “desorden” en los microtúbulos que componen el axonema del flagelo.

Ciclo de vida de los espermatozoides

Un hombre adulto promedio produce millones de espermatozoides por día, no obstante, estas células tardan entre 2 y 3 meses en formarse y madurar por completo (hasta que son eyaculados).

El ciclo de vida de una célula espermática comienza con la gametogénesis, o espermatogénesis, es decir, con la división de una célula germinal o precursora, que da lugar a líneas celulares que van dividiéndose posteriormente, para luego diferenciarse y madurar. En el ínterin, las células defectuosas sufren procesos de muerte celular programada.

Una vez formados en los túbulos seminíferos, los espermatozoides en proceso de maduración deben migrar hacia una región del testículo conocida como epidídimo, que tiene aproximadamente 6 metros de largo. Esta migración les toma algunos días, y se ha demostrado que en este estadio las células no son suficientemente maduras para fecundar un óvulo, pues carecen de suficiente movilidad.

Después de pasadas unas 18 o 24 horas en el epidídimo, los espermatozoides son perfectamente móviles, pero esta movilidad es inhibida por ciertos factores proteicos.

Una vez en el epidídimo, los espermatozoides mantienen su fertilidad poco más de un mes, pero este tiempo dependerá de las condiciones de temperatura, alimentación y estilo de vida que se lleve.

Cuando los espermatozoides son eyaculados durante el coito (relación sexual), estos tienen completa capacidad de movimiento, desplazándose a velocidades tan rápidas como 4 mm/min. Estas células pueden sobrevivir de 1 a 2 días en el tracto reproductor femenino, aunque depende de la acidez del medio circundante.

Espermatogénesis

La producción de esperma (espermatogénesis) ocurre por primera vez en el ser humano durante la pubertad. Este proceso sucede en los testículos, dos órganos del aparato reproductor masculino, y tiene que ver con la reducción de la carga cromosómica de las células sexuales (que pasan de ser diploides (2n) a haploides (n)).

En los testículos, la espermatogénesis ocurre en el interior de unos conductos conocidos como túbulos seminíferos, cuyo epitelio está compuesto por dos tipos principales de células: las células de Sertoli y las células espermatógenas.

Las células espermatógenas dan origen a los espermatozoides, mientras que las células de Sertoli nutren y protegen las células espermatógenas. Estas últimas están en los túbulos seminíferos en distintas etapas de maduración.

Entre las células espermatógenas están unas células conocidas como espermatogonias, células germinales inmaduras encargadas de dividirse y producir los espermatocitos primarios, los espermatocitos secundarios y los espermatozoides maduros.

• Espermatogonias, espermatocitos primarios, espermatocitos secundarios y espermátides. Las espermatogonias se ubican hacia el borde externo de los túbulos seminíferos, cerca de la lámina basal de los mismos; a medida que estas se dividen, las células a las que dan origen migran hacia la porción central de los conductos, donde finalmente maduran.
  • Espermatocitogénesis. Las espermatogonias se dividen por mitosis (división asexual) y son células diploides (2n) que al dividirse generan más espermatogonias y espermatocitos primarios, que no son más que espermatogonias que dejan de dividirse por mitosis para entrar en la meiosis I. Un pequeño grupo de espermatogonias se divide lentamente por mitosis a lo largo de la vida, funcionando como “células madre” para la producción mitótica de más espermatogonias o de las células que se comprometen a la maduración. Cuando las espermatogonias maduran, es decir, cuando se dividen por mitosis y después por meiosis, su progenie no completa la división citosólica, por lo que las células hijas (clones) permanecen conectadas entre sí por puentes citosólicos, como si de un sincitio se tratase. Este sincitio se mantiene hasta las etapas finales de maduración y migración de las células espermáticas (espermatozoides), donde el esperma es liberado hacia el lumen de los túbulos seminíferos. Esto tiene como resultado que grupos de células sean producidos sincronizadamente.
• Meiosis. Los espermatocitos primarios, a medida que se dividen por meiosis, forman espermatocitos secundarios, los cuales vuelven a dividirse por meiosis (meiosis II), diferenciándose en otro tipo de células llamadas espermátidas, que tienen la mitad de la carga cromosómica que las espermatogonias, es decir, son haploides.
• Maduración de los espermátides o espermiogénesis. Los espermátides, al madurar, se diferencian en espermatozoides maduros gracias a una serie de cambios morfológicos que implican la eliminación de gran parte de su citosol, la formación del flagelo y el reordenamiento interno de sus orgánulos citosólicos. Algunos de estos cambios tienen que ver con la condensación del núcleo celular, con el alargamiento de la célula y el reordenamiento de las mitocondrias. Estas células migran subsecuentemente hacia el epidídimo, un tubo ensortijado en los testículos, donde son almacenados y continúan el proceso de maduración. Sin embargo, solo a través de un proceso conocido como capacitación, que tiene lugar en el tracto genital femenino, los espermatozoides completan su maduración.

Referencias

1. Barrett, K.E., Barman, S.M., Boitano, S., Brooks, H. Ganong’s Review of medical physiology (LANGE Basic Science).
2. Clermont, Y. Dynamics of Human Spermatogenesis. In The Human Testis.
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5. Griswold, M.D. Spermatogenesis: The commitment to Meiosis. Physiological Reviews.