Ostacoli dello Sperma all'uovo

Fonte: cartone originale di Alex Martin

Alcuni uomini producono troppi spermatozoi. Questo fatto poco accennato è stato al centro del mio precedente post sul blog. (Vedi Perché troppi spermenienti rovinano l'uovo , pubblicato l'11 agosto 2017.) Con troppi spermatozoi, una nube insolitamente densa circonda l'uovo e più di uno spermatozoo può penetrare ( polispermia ). Nella maggior parte dei casi umani, due spermatozoi fecondano un uovo, producendo un embrione con cromosomi extra in aggiunta alla coppia normale dal padre e dalla madre ( condizione triploide ). Il set cromosomico aggiuntivo ha inevitabilmente effetti catastrofici, con la perdita del feto o della morte del bambino entro poche ore dalla nascita. Una sorta di anomalia cromosomica è presente in circa la metà di tutti gli aborti spontanei e un quarto di tali anomalie coinvolge set cromosomici supplementari.

Giorno 1 zigote umano prodotto da un singolo spermatozoo che concime un uovo. Si possono vedere pronuclei femminili e maschili e un corpo polare.

Fonte: Autore: NinaSes (2015). Wikimedia Commons; file con licenza Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International.

L'odissea dello sperma

Sebbene gli eiaculati dei mammiferi maschi contengano tipicamente un gran numero di spermatozoi – circa 250 milioni in media nell'uomo – sorprendentemente pochi di solito si avvicinano a un uovo. Infatti, il tratto riproduttivo dei mammiferi femminili è apparentemente adattato in modo speciale per minimizzare il numero di spermatozoi che raggiungono i tratti superiori dell'ovidotto (il tubo lungo il quale l'uovo viaggia per raggiungere l'utero).

Un documento del 2006 di Susan Suarez e Allan Pacey ha esaminato con competenza l'odissea che affronta gli spermatozoi che hanno superato il tratto riproduttivo femminile. Per i principianti, solo una parte dell'eiaculato sfugge dall'acidità ostile della vagina al collo dell'utero ( cervice ). Quindi, mentre gli spermatozoi migrano sulla cervice, i filamenti di muco filtrano quelli che hanno forme anomale o nuotano troppo lentamente. Quando la barriera cervicale viene bypassata iniettando lo sperma direttamente nell'utero ( inseminazione intrauterina – IUI ), il successo della gravidanza supera i 20 milioni di spermatozoi. Questo suggerisce che solo il 10% degli spermatozoi in un eiaculato naturale raggiunge l'utero. Una volta che gli spermatozoi entrano nell'utero, le contrazioni muscolari aiutano il loro passaggio verso l'ovidotto. Solo poche migliaia di spermatozoi entrano nell'ambiente relativamente congeniale dell'ovidotto. La sua estremità inferiore, l' istmo , funge da serbatoio in cui gli spermatozoi si legano alla fodera dell'ovidotto e vengono quindi rilasciati in modo sfalsato. Dopo il rilascio, gli spermatozoi subiscono la capacitazione e diventano iperattivi, il che consente loro di viaggiare fino all'estremità superiore dell'ovidotto ( ampolla ), dove avviene la fecondazione. Il risultato di tutti gli ostacoli incontrati è che solo un centinaio di spermatozoi sono tipicamente presenti nell'ampolla in qualsiasi momento. La progressiva riduzione del numero di spermatozoi tra l'inseminazione e la fecondazione serve indubbiamente a ridurre il rischio di polispermia.

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Diagramma che illustra la riduzione graduale dei numeri di sperma lungo il tratto riproduttivo di una donna. 1. Solo una parte dell'eiaculato depositato nella vagina entra nella cervice. 2. Nella cervice, ciocche di muco filtrano fuori spermatozoi aberranti. 3. Gli spermatozoi entrano nella parte inferiore dell'ovidotto (istmo) e si legano al suo rivestimento interno. 4. Gli spermatozoi rilasciati dal rivestimento dell'ovidotto possono procedere all'ampolla, dove avviene la fecondazione.

Fonte: Autore: Shazz (2006). Wikimedia Commons; File concesso in licenza con licenza Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

Tra molti altri suggerimenti, la speculazione dilagante che circonda le possibili funzioni dell'orgasmo umano ha generato l'ipotesi che rappresenti un adattamento per facilitare il trasporto degli spermatozoi verso l'uovo. È noto che l'orgasmo è associato a un aumento del rilascio dell'ormone ossitocina, che potrebbe potenzialmente innescare il trasporto di spermatozoi attivi. Tuttavia, come ha osservato Roy Levin nel 2011, questa ipotesi ignora completamente il fatto che evitare la polispermia richiede in realtà un controllo delicatamente equilibrato del transito degli spermatozoi attraverso il tratto femminile. Dopo l'inseminazione, la principale sfida per il tratto riproduttivo femminile è ottenere una riduzione graduale dei numeri di spermatozoi, non accelerare il transito degli spermatozoi verso l'uovo.

Procedura per la fecondazione in vitro (FIV).

Fonte: Autore: MartaFF (2015). Wikimedia Commons; file con licenza Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International.

Lezioni dalla fecondazione in vitro

L'avvento dei bambini in provetta nel 1978 ha aperto nuove possibilità per esaminare la fecondazione dell'uovo umano, introducendo anche la possibilità che si verifichino errori a causa di densità di sperma inadeguate. Tuttavia questo non è stato visto come un problema quando la fecondazione in vitro (IVF) è stata inizialmente sviluppata. Nel 1981, il pioniere dell'IVF Robert Edwards fornì uno dei primi commenti sulla possibile polispermia. Ha riferito dal lavoro iniziale che un feto che ha abortito nella dodicesima settimana di gravidanza è risultato essere triploide. Anche se Patricia Jacobs e colleghi avevano precedentemente riportato nel 1978 i risultati di un importante sondaggio che dimostra che il triploidia è relativamente comune (1-3%) nella concezione umana, Edwards affermò che questa anomalia cromosomica "potrebbe non essere seria quantitativamente" perché la stragrande maggioranza delle uova sono fecondati da un singolo spermatozoo. Certo, la frequenza che Jacobs e colleghi hanno riferito era per concezioni naturali. Nel 1981, nessuna informazione comparabile era disponibile per le uova esposte ad una densità innaturale dello sperma in vitro .

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Infatti, in un articolo del 1981 Ian Craft e colleghi hanno discusso esplicitamente dei numeri di sperma in relazione alla fecondazione in vitro. Hanno notato che il numero di spermatozoi che circondano un uovo durante il concepimento naturale era sconosciuto e che il numero ideale di spermatozoi per la fecondazione in vitro non era stato valutato. Secondo quanto riferito, Edwards e colleghi hanno usato tra 100.000 e un milione di spermatozoi, mentre la squadra dell'Artigianato ha raggiunto la fecondazione con solo 10.000 spermatozoi mobili nel terreno di coltura che circonda l'uovo. Hanno previsto che numeri molto più bassi si sarebbero dimostrati sufficienti, "riducendo così il rischio di fecondazione polispermica".

Relazione tra il numero di spermatozoi e il successo della fecondazione durante la fecondazione umana in vitro. Si noti che il successo della fertilizzazione aumenta progressivamente in quanto i numeri di spermatozoi diminuiscono da 500.000 a 25.000, ma tale successo è radicalmente ridotto da un ulteriore declino a 10.000 spermatozoi.

Fonte: adattato da una figura di Wolf et al. (1984).

Successivamente, nel 1984, Don Wolf e colleghi hanno riferito in maggiore dettaglio sulle relazioni tra la concentrazione di spermatozoi e la fecondazione in vitro delle uova umane. Si è riscontrato che il successo della fertilizzazione diminuiva con l'aumento del numero di spermatozoi nell'intervallo da 25.000 a 500.000, con una concimazione massima dell'80.8% alla densità più bassa. Al contrario, il grado di fertilizzazione polispermica era direttamente correlato alla concentrazione di spermatozoi, aumentando da zero a meno di 25.000 spermatozoi / cc al 5,5% a 500.000 spermatozoi / cc. Wolf e colleghi hanno sottolineato che le concentrazioni tra mezzo milione e un milione di spermatozoi per uovo erano notevolmente alte rispetto alle centinaia di persone che si stima fossero presenti nel sito di fecondazione in concezione naturale. Un articolo del 1985 di Hans van der Ven e colleghi ha rafforzato i risultati riportati dal team Wolf. Dagli anni '80, è stato pubblicato relativamente poco per quanto riguarda i numeri di sperma ottimali per la fecondazione in vitro. Di norma vengono utilizzate densità di sperma relativamente basse e nel 2013 Ping Xia ha riferito che in queste condizioni circa il 7% delle uova fecondate sono polispecie. Nelle moderne procedure di FIV, l'esame di routine elimina tutti questi casi prima del trasferimento nell'utero.

Diagramma di un orchidometro per la valutazione del volume del testicolo. I numeri indicano il volume in ccs. Le taglie 1-3 ccs (giallo) si trovano tipicamente prima della pubertà, le taglie 4-12 ccs (arancione) generalmente si verificano durante la pubertà e le taglie da 15-25 ccs (rosse) si trovano solitamente negli adulti.

Fonte: Autore: Filip em (opera propria). Wikimedia Commons; file con licenza Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

Numero di testicoli, testosterone e numero di spermatozoi

Numerosi studi hanno dimostrato che le dimensioni del testicolo, i livelli di testosterone e la produzione di spermatozoi sono tutti collegati tra loro in una rete funzionale. Il volume del testicolo viene spesso stimato attraverso il calcolo della lunghezza massima e della larghezza misurate con i calibri. In un articolo del 2004, ad esempio, Leigh Simmons e colleghi hanno riportato una forte correlazione tra la dimensione del testicolo e il numero di spermatozoi calcolati da misurazioni lineari in uno studio su volontari studenti. In molti studi condotti da medici professionisti, tuttavia, il volume del testicolo è determinato dalla palpazione accompagnato dal confronto con un set standard di modelli ovoidali originariamente progettato da Andrea Prader (1966). Questo dispositivo, noto come orchidodometro, è composto da dodici ovoidi in legno o plastica con volumi di 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 15, 20 e 25 ccs, rispettivamente. I pediatri usano regolarmente i orchidometri ("lo stetoscopio dell'urologo") per studiare lo sviluppo individuale. In media, i testicoli crescono molto poco dalla nascita fino all'undicesimo anno (1-3 ccs), dopo di che iniziano ad aumentare di dimensioni per raggiungere circa 12 ccs durante la pubertà. La crescita successiva è molto rapida e la transizione verso la condizione adulta (intervallo tipico: 15-25 ccs) richiede solo tre anni.

Relazione tra numero totale di spermatozoi nell'eiaculato di 50 uomini e volume combinato dei due testicoli.

Fonte: adattato da una figura di Simmons et al. (2004).

Con alti livelli di testosterone, grandi testicoli e conteggi di spermatozoi eccessivi, alcuni uomini possono essere "ipermascolati". Confermando i sospetti di molte donne, si può davvero dire che gli uomini possono soffrire di avvelenamento da testosterone. Uno svantaggio importante nel produrre un numero insolitamente elevato di spermatozoi è che aumenta il potenziale di polispermia con conseguente interruzione dello sviluppo fetale. Presumibilmente, la selezione naturale opera generalmente per mantenere la produzione di sperma a un livello ottimale che rifletta un compromesso tra massimizzare la probabilità di fertilizzazione riuscita e minimizzare il rischio di polispermia. E il tratto riproduttivo femminile è evidentemente adattato alla riduzione radicale dei numeri di spermatozoi in modo graduale.

Riferimenti

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Edwards, RG (1981) Bambini in provetta, 1981. Nature 293 : 253-256.

Jacobs, PA, Angell, RR, Buchanan, IM, Hassold, TJ, Matsuyama, AM e Manuel, B. (1978) L'origine dei triploidi umani. Annals of Human Genetics 42 : 49-57.

Levin, RJ (2011) L'orgasmo femminile umano: una valutazione critica delle sue funzioni riproduttive proposte. Terapia sessuale e di relazione 26 : 301-314.

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Prader, A. (1966) Dimensione testicolare: valutazione e importanza clinica. Triangolo 7 : 240-243.

Simmons, LW, Firman, LC, Rhodes, G. & Peters, M. (2004) Competizione degli spermatozoi umani: dimensioni del testicolo, produzione di spermatozoi e tassi di copulazione extrapair. Comportamento animale 68 : 297-302.

Suarez, SS & Pacey, AA (2006) Trasporto di spermatozoi nel tratto riproduttivo femminile. Aggiornamento Riproduzione umana 12 : 23-37.

van der Ven, HH, Al-Hasani, S., Diedrich, K., Hamerich, U., Lehmann, F. & Krebs, D. (1985) Polispermia nella fecondazione in vitro degli ovociti umani: frequenza e possibili cause. Annali dell'Accademia delle scienze di New York 442 : 88-95.

Wolf, DP, Byrd, W., Dandekar, P. & Quigley, MM (1984) Concentrazione di sperma e fecondazione delle uova umane in vitro. Biologia della riproduzione 31 : 837-848.

Xia, P. (2013) Biologia della polispermia nella FIV e sua indicazione clinica. Current Obstetrics and Gynecology Reports 2 : 226-231.