Biología universitaria — segundo año · Bachelor Year 2

8Reproducción sexual de los mamíferos

Un óvulo humano mide una décima de milímetro, la célula más grande del cuerpo; un espermatozoide es un núcleo con una hélice, uno de los trescientos millones liberados de una vez, de los cuales unas pocas decenas llegarán al óvulo y uno entrará en él. En una semana el óvulo fecundado se ha convertido en una esfera hueca que se hunde en la pared del útero y construye, con sus propias células externas, un órgano — la placenta — a través del cual su madre lo alimentará durante nueve meses. Después nace y se alimenta de leche. Todos los mamíferos lo hacen; ningún otro animal lo hace todo. Este capítulo sigue a los gametos hasta la fecundación, al embrión hasta la implantación y al organismo a lo largo de la gestación, el parto y la lactancia, y termina con la manera en que se forman los dos sexos.

8.1 Gónadas y gametos

Definición 8.1 (El testículo y la espermatogénesis)

El testículo es una masa de túbulos seminíferos, de varios cientos de metros en total, cuyas paredes producen espermatozoides; entre los túbulos se sitúan las células de Leydig, que producen testosterona. En la pared del túbulo, las espermatogonias del borde externo se dividen por mitosis, mantienen una población de células madre y envían células hacia dentro; estas crecen y dan espermatocitos primarios, que realizan la meiosis I (y dan dos espermatocitos secundarios) y la meiosis II (y dan cuatro espermátidas haploides); las espermátidas pierden la mayor parte de su citoplasma, condensan su núcleo, forman un flagelo y cubren el núcleo con el acrosoma, una vesícula de enzimas, para convertirse en espermatozoides, que se liberan a la luz del túbulo. Grandes células de Sertoli atraviesan la pared, nutren a las células germinales y forman, mediante uniones estrechas entre ellas, una barrera hematotesticular que aleja el sistema inmunitario de unas células que solo aparecen en la pubertad. Toda la secuencia dura unos $64$ días en el hombre y produce unos $10^{8}$ espermatozoides al día desde la pubertad hasta la vejez. Los espermatozoides salen del testículo inmóviles y maduran en el epidídimo durante dos semanas.

Un túbulo seminífero en sección transversal. Las células germinales maduran desde la pared externa (espermatogonias) hacia dentro (espermatocitos, espermátidas, espermatozoides en la luz), sostenidas por las células de Sertoli; las células de Leydig, entre los túbulos, producen testosterona.

Izquierda: túbulos seminíferos en sección, con las células germinales dispuestas en capas desde la pared hasta la luz. Derecha: espermatozoides al microscopio electrónico de barrido, con el capuchón acrosómico visible en las cabezas.

Definición 8.2 (El ovario y la ovogénesis)

La ovogénesis es, en casi todos los aspectos, la imagen especular de la espermatogénesis. Las ovogonias solo se multiplican en el feto: al nacer, una niña lleva una reserva de alrededor de un millón de ovocitos primarios, cada uno detenido en la profase I de la meiosis y envuelto en una sola capa de células — un folículo primordial —, y nunca se forman otros nuevos. Desde la pubertad, cada mes crece una cohorte de folículos: el ovocito aumenta de tamaño, las células de la granulosa que lo rodean se multiplican en capas, se forma una teca externa, se abre una cavidad llena de líquido (el folículo de De Graaf, de dos centímetros de diámetro), y normalmente uno solo llega a la ovulación: el ovocito, que solo ahora completa la meiosis I y vuelve a detenerse en la metafase II, es expulsado con su halo de células de la granulosa hacia el oviducto. El folículo vacío se convierte en el cuerpo lúteo, una glándula temporal de progesterona. La meiosis produce un óvulo y tres diminutos cuerpos polares — todo el citoplasma va a una sola célula —, y la meiosis II solo se completa si entra un espermatozoide. Del millón de ovocitos, unos $400$ se ovulan a lo largo de la vida; el resto degenera (atresia), y cuando la reserva se agota, hacia los cincuenta años, los ciclos cesan: la menopausia.

Las dos gametogénesis en el tiempo. Los ovocitos se forman todos antes del nacimiento y se liberan de uno en uno a partir de una reserva finita; los espermatozoides se producen continuamente a partir de células madre durante toda la vida adulta.

Un ovocito ovulado: la célula, su cubierta transparente (la zona pelúcida) y la nube de células de la granulosa que salió del folículo con él.

8.2 La fecundación

Proposición 8.3 (Las etapas de la fecundación)

Los espermatozoides depositados en la vagina — unos $3\times 10^{8}$ — atraviesan el moco cervical, las contracciones del útero los arrastran hacia arriba y unos pocos cientos llegan en menos de una hora a la ampolla del oviducto, donde el óvulo espera durante un día. Por el camino los espermatozoides experimentan la capacitación: las secreciones del tracto femenino despojan sus membranas de proteínas de recubrimiento y los vuelven hiperactivos. Junto al óvulo, un espermatozoide se abre paso entre las células de la granulosa, se une a una glucoproteína de la zona pelúcida y experimenta la reacción acrosómica, que libera enzimas que abren un camino a través de la zona; su membrana se fusiona con la del óvulo, y el núcleo del espermatozoide entra. El óvulo responde en segundos: una onda de calcio lo recorre, y los gránulos corticales liberan enzimas que endurecen la zona y eliminan sus receptores de espermatozoides — la reacción cortical, el bloqueo de la poliespermia. El óvulo completa la meiosis II, expulsa el segundo cuerpo polar, y los dos pronúcleos haploides replican su ADN, se aproximan y entran en la primera mitosis: el cigoto tiene un día. La especificidad de especie reside en las proteínas de la zona, y por eso un espermatozoide de ratón no entra en un óvulo humano.

Evidencia. Edwards y Steptoe (1978) fecundaron en una placa un ovocito humano, extraído del ovario poco antes de la ovulación, con espermatozoides capacitados, cultivaron el embrión hasta las ocho células y lo devolvieron al útero, donde se implantó y llegó a nacer: la fecundación in vitro. Cada etapa de la secuencia anterior se había establecido antes en el erizo de mar y en el ratón, donde pueden observarse la fusión, la onda de calcio y la liberación de los gránulos corticales; en el ratón, eliminar por mutación una glucoproteína de la zona (ZP2 o ZP3) da óvulos a los que los espermatozoides no pueden unirse. ∎

Teorema 8.4 (Por qué un óvulo necesita millones de espermatozoides)

Si, de $N$ espermatozoides depositados, cada uno alcanza la superficie del óvulo de forma independiente con una pequeña probabilidad $\pi$ , el número de los que llegan sigue una ley de Poisson de media $m = N\pi$ , y la probabilidad de que llegue al menos uno es

P = 1 - e^{-m}.

Con $N = 3\times 10^{8}$ y $\pi \approx 10^{-8}$ , $m \approx 3$ y $P \approx 0.95$ ; con $N = 2\times 10^{7}$ (el umbral clínico de recuento bajo), $m = 0.2$ y $P = 0.18$ . La misma aritmética muestra por qué el bloqueo de la poliespermia es indispensable: cuando $P$ es alta, varios espermatozoides llegan con segundos de diferencia, y un óvulo en el que entraran dos sería triploide y moriría.

Demostración. Cada espermatozoide es una prueba independiente con probabilidad de éxito $\pi$ ; el número de éxitos sigue una ley binomial, que para $N$ grande y $\pi$ pequeña es una ley de Poisson de media $N\pi$ . La probabilidad de ningún éxito es $e^{-m}$ , y la de al menos uno, $1 - e^{-m}$ ; la probabilidad de dos o más es $1 - e^{-m}(1 + m)$ , unos $0.8$ para $m = 3$ . ∎

La fecundación en cuatro etapas: la unión a la zona, la reacción acrosómica, la fusión y la onda de calcio, y la reacción cortical, que cierra el óvulo a otros espermatozoides mientras termina la meiosis.

8.3 La implantación y la placenta

Definición 8.5 (Segmentación, blastocisto, implantación)

El cigoto se divide cada doce a veinte horas sin crecer (segmentación) mientras desciende por el oviducto: dos células, cuatro, ocho, una bola compacta de dieciséis (mórula) y, hacia el quinto día, un blastocisto de unas cien células: una capa externa, el trofoblasto, alrededor de una cavidad, con un grupo de células a un lado, la masa celular interna. El trofoblasto construirá la placenta y las membranas; la masa celular interna se convertirá en el embrión — y, extraída en esta etapa, da células madre embrionarias. El sexto día el blastocisto eclosiona de su zona, se adhiere al revestimiento del útero y el trofoblasto lo invade: las células se fusionan en un frente multinucleado que digiere el tejido materno y abre capilares maternos, de modo que hacia el duodécimo día el embrión está enterrado en la pared y bañado en sangre materna. Es la implantación. Solo tiene éxito en un útero preparado por la progesterona, en una ventana de unos pocos días; alrededor de la mitad de las concepciones humanas fracasan antes de esta etapa o durante ella, normalmente por errores cromosómicos del óvulo.

Un blastocisto al quinto día: el trofoblasto externo alrededor de la cavidad y la masa celular interna — el futuro embrión — a un lado.

Definición 8.6 (La placenta)

La placenta es un órgano formado conjuntamente por el embrión (el corion, procedente del trofoblasto) y por la madre (el revestimiento uterino). Unas vellosidades coriónicas digitiformes, ramificadas hasta alcanzar una superficie de unos $12\,\mathrm{m}^{2}$ al término, cuelgan en lagos de sangre materna aportada por las arterias uterinas a razón de medio litro por minuto; dentro de cada vellosidad discurren capilares fetales, unidos al feto a través de las dos arterias y la vena del cordón umbilical. Las dos sangres nunca se mezclan: las separa la pared de la vellosidad, unos pocos micrómetros de trofoblasto y endotelio capilar, a través de la cual difunden el oxígeno, el $\mathrm{CO_2}$ , el agua, la urea y las moléculas liposolubles, la glucosa y los aminoácidos pasan mediante transportadores, y los anticuerpos maternos (IgG) son transferidos por receptores, lo que da al recién nacido sus primeros meses de inmunidad. La placenta es también una glándula: desde los primeros días el trofoblasto secreta gonadotropina coriónica humana (hCG), que mantiene al cuerpo lúteo produciendo progesterona, y a partir del tercer mes la propia placenta produce la progesterona y los estrógenos que mantienen el embarazo (Capítulo 9). Es, en la práctica, un pulmón, un intestino, un riñón y una glándula endocrina que crecen durante nueve meses y se desechan en el parto.

La placenta: las vellosidades fetales, que llevan capilares fetales, cuelgan en un espacio lleno de sangre materna procedente de las arterias espirales. Las dos sangres intercambian a través de la pared de la vellosidad y nunca se mezclan.

Teorema 8.7 (El intercambio a través de la placenta)

Un gas que atraviesa una membrana de superficie $A$ y espesor $d$ pasa a un ritmo $J = K\,A\,\Delta P/d$ , donde $\Delta P$ es la diferencia de su presión parcial y $K$ la permeabilidad del tejido. Para el oxígeno en el tejido, $K \approx 3 \times 10^{-8}\,\mathrm{mL}/(\mathrm{cm}\,\mathrm{min}\,\mathrm{mmHg})$ ; con $A = 12\,\mathrm{m}^{2}$ , $d = 3.5\,\text{µ}\mathrm{m}$ y $\Delta P = 20\,\mathrm{mmHg}$ ( $40\,\mathrm{mmHg}$ maternos en el espacio intervelloso frente a $20\,\mathrm{mmHg}$ en la arteria umbilical), la placenta podría transferir unos $200\,\mathrm{mL}$ de oxígeno por minuto, unas ocho veces los $25\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ que consume un feto a término. La transferencia de oxígeno no está limitada, por tanto, por la difusión sino por el flujo sanguíneo; el feto trabaja a una presión de oxígeno baja y lo compensa con una hemoglobina de mayor afinidad y un recuento de glóbulos rojos más alto.

Demostración. La ley de Fick establece que el flujo es proporcional al gradiente $\Delta P/d$ y a la superficie; la constante $K$ engloba la solubilidad y el coeficiente de difusión del gas en el tejido. Numéricamente: $3\times 10^{-8}\times 1.2\times 10^{5}\times 20/(3.5\times 10^{-4}) = 206\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ con $A$ en $\mathrm{cm}^{2}$ y $d$ en $\mathrm{cm}$ . La demanda fetal es de unos $7\,\mathrm{mL}$ por kilogramo y por minuto para $3.5\,\mathrm{kg}$ . ∎

8.4 Gestación, parto y lactancia

Proposición 8.8 (Gestación y parto)

La gestación dura $20$ días en el ratón, $280$ en el ser humano y $660$ en el elefante — aproximadamente como la potencia un cuarto de la masa corporal, con los primates lentos para su tamaño. La mantiene la progesterona, que mantiene en reposo el músculo uterino y cerrado el cuello del útero. El parto lo desencadena el propio feto: su cortisol suprarrenal, que aumenta al término, desplaza la producción placentaria de progesterona hacia los estrógenos, que dotan al útero de receptores de oxitocina y de uniones comunicantes e inician la liberación de prostaglandinas. Después toma el relevo una retroalimentación positiva: la cabeza presiona el cuello del útero, unos nervios sensitivos avisan al hipotálamo, la neurohipófisis libera oxitocina, el útero se contrae y la cabeza presiona con más fuerza; el bucle se intensifica hasta el nacimiento, tras el cual el estímulo cesa y el bucle se detiene — una de las pocas retroalimentaciones positivas de la fisiología, y una que debe terminar en un acontecimiento. La placenta se expulsa minutos después.

Evidencia. Ferguson (1941) mostró en la coneja que distender el cuello del útero provocaba contracciones uterinas y que seccionar la médula espinal o extirpar la neurohipófisis abolía la respuesta: un reflejo neuroendocrino del cuello del útero a la hipófisis y de esta al útero. La oxitocina, aislada y sintetizada por du Vigneaud en 1953, es hoy el fármaco de referencia para inducir el parto. ∎

Proposición 8.9 (La lactancia)

La glándula mamaria, una glándula sudorípara modificada, se desarrolla durante el embarazo por acción de los estrógenos, la progesterona y la prolactina, pero la progesterona le impide secretar; cuando sale la placenta, la progesterona cae y, bajo la acción de la prolactina de la adenohipófisis, los alvéolos empiezan a producir leche. Dos reflejos dirigen el proceso: la succión estimula la liberación de prolactina (que mantiene la síntesis y suprime la ovulación) y la de oxitocina (que contrae las células que rodean los alvéolos y expulsa la leche). La leche humana contiene alrededor de un $7\,\%$ de lactosa, un $4\,\%$ de grasa y un $1\,\%$ de proteína, y aporta $2.9\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mL}$ ; el calostro de los primeros días es rico en anticuerpos (IgA) que recubren el intestino del lactante. Una madre produce unos $750\,\mathrm{mL}$ al día, con un coste de unos $2.5\,\mathrm{MJ}$ — una cuarta parte de su alimento — durante meses; la lactancia es la parte más cara de la reproducción de los mamíferos y la que da nombre a la clase.

8.5 La formación de los dos sexos

Proposición 8.10 (Determinación y diferenciación del sexo)

Hasta la sexta semana, un embrión humano de cualquier sexo tiene el mismo equipamiento: una gónada indiferenciada, dos pares de conductos (de Wolff y de Müller) y unos genitales externos neutros. El gen SRY del cromosoma Y se activa en la gónada y la convierte en testículo; sin él, la gónada se convierte en ovario. El testículo fetal hace entonces dos cosas: sus células de Sertoli secretan la hormona antimülleriana, que hace regresar los conductos de Müller, y sus células de Leydig secretan testosterona, que mantiene los conductos de Wolff (el futuro epidídimo, conducto deferente y vesículas seminales) y, convertida en dihidrotestosterona, modela los genitales externos en pene y escroto. En ausencia de ambas señales, los conductos de Wolff regresan, los conductos de Müller se convierten en los oviductos, el útero y la parte superior de la vagina, y los genitales se desarrollan como femeninos. La vía femenina es la que se sigue cuando no se dice nada: la vía masculina debe imponerla activamente el testículo, y cada etapa en la que la imposición falla — un SRY mutante, un receptor hormonal ausente — da un individuo XY con un cuerpo femenino o intermedio.

Evidencia. Jost (1947) extirpó las gónadas de fetos de conejo dentro del útero antes de que sus conductos se diferenciaran: los fetos castrados de cualquier sexo cromosómico desarrollaron útero, oviductos y genitales femeninos. Un cristal de testosterona implantado en un feto castrado mantenía los conductos de Wolff de ese lado, pero no eliminaba los conductos de Müller; un testículo fetal injertado hacía ambas cosas, en su propio lado: el testículo debía producir un segundo factor, entonces desconocido, para suprimir los conductos femeninos, identificado treinta años después como la hormona antimülleriana. Más tarde, el efecto de inversión sexual de un pequeño fragmento del cromosoma Y localizó el interruptor en SRY (1990), y un ratón XX al que solo se añadió el gen Sry se desarrolló como macho. ∎

Diferenciación sexual: el testículo, formado por acción de SRY, impone la vía masculina con dos hormonas; en su ausencia, el cuerpo se desarrolla como femenino. — Diferenciación sexual: el testículo, formado por acción de *SRY*, impone la vía masculina con dos hormonas; en su ausencia, el cuerpo se desarrolla como femenino.

8.6 Ejercicios

Ejercicio 8.1 ★

Compárense la espermatogénesis y la ovogénesis: cuándo se dividen las células madre, cuántos gametos da una meiosis, cuánto se tarda en formar un gameto, dónde están las detenciones y cuántos gametos se producen a lo largo de la vida.

Solución

Solución de Ejercicio 8.1.

Las espermatogonias se dividen desde la pubertad y de por vida; las ovogonias, solo en el feto. Una meiosis da cuatro espermatozoides, pero un solo óvulo (y tres cuerpos polares). Un espermatozoide tarda unos 64 días más dos semanas de maduración; un óvulo queda detenido en profase I desde antes del nacimiento hasta el mes de su ovulación — décadas — y de nuevo en metafase II hasta la fecundación. Un hombre produce $10^{8}$ espermatozoides al día, unos $10^{12}$ a lo largo de su vida; una mujer ovula unos 400 óvulos.

Ejercicio 8.2 ★

Enumérense las etapas de la fecundación desde la llegada de un espermatozoide a la zona pelúcida hasta la primera mitosis, y dígase qué etapa bloquea la poliespermia.

Solución

Solución de Ejercicio 8.2.

Unión a la zona pelúcida; reacción acrosómica y digestión de un camino; fusión de las membranas y entrada del núcleo del espermatozoide; onda de calcio y reacción cortical (endurecimiento de la zona y pérdida de sus receptores: el bloqueo de la poliespermia); finalización de la meiosis II y expulsión del segundo cuerpo polar; formación de los dos pronúcleos, replicación del ADN, primera mitosis.

Ejercicio 8.3 ★

Nómbrense las dos poblaciones celulares del blastocisto y el destino de cada una. ¿Qué día empieza la implantación, y qué hormona debe haber preparado el útero?

Solución

Solución de Ejercicio 8.3.

El trofoblasto (capa externa) forma la placenta y las membranas; la masa celular interna forma el embrión. La implantación empieza los días 6 a 7 tras la fecundación, en un revestimiento uterino preparado por la progesterona del cuerpo lúteo.

Ejercicio 8.4 ★

Para cada uno de los siguientes, dígase si atraviesa la placenta y cómo: oxígeno, glucosa, glóbulos rojos maternos, anticuerpos IgG, urea, alcohol, la mayoría de las bacterias.

Solución

Solución de Ejercicio 8.4.

Oxígeno: difusión. Glucosa: transporte facilitado. Glóbulos rojos maternos: no atraviesan (las sangres nunca se mezclan). IgG: transporte mediado por receptores. Urea: difusión, del feto a la madre. Alcohol: difunde libremente. Bacterias: la mayoría no atraviesan (algunas, como la de la sífilis o la listeria, sí).

Ejercicio 8.5 ★★

Con $\pi = 10^{-8}$ por espermatozoide, calcúlese la probabilidad de fecundación para recuentos de $3\times 10^{8}$ , $10^{8}$ , $4\times 10^{7}$ y $10^{7}$ espermatozoides. ¿Con qué recuento cae por debajo de un medio? ¿Qué dice esto sobre la forma de la relación dosis–respuesta entre fertilidad y recuento espermático?

Solución

Solución de Ejercicio 8.5.

$m = 3, 1, 0.4, 0.1$ : $P = 0.95, 0.63, 0.33, 0.095$ . Por debajo de un medio cuando $m < \ln 2 = 0.69$ , es decir, por debajo de $7\times 10^{7}$ espermatozoides. La curva se satura: por encima de unos $10^{8}$ , los espermatozoides adicionales apenas añaden nada; por debajo, la fertilidad cae casi en proporción al recuento.

Ejercicio 8.6 ★★

Una niña nace con $10^{6}$ ovocitos, tiene $300\,000$ en la pubertad (a los 13 años) y unos $1000$ a los 50, habiendo ovulado $400$ . Calcúlese el ritmo medio de atresia (ovocitos perdidos por día) antes y después de la pubertad, y compárese con el ritmo de ovulación.

Solución

Solución de Ejercicio 8.6.

Antes de la pubertad: $7\times 10^{5}$ perdidos en 13 años ( $4750$ días): unos 150 al día. Después: $299\,000$ perdidos en 37 años ( $13\,500$ días): 22 al día; ovulación: $400/13\,500 = 0.03$ al día. La atresia supera a la ovulación en una proporción de setecientos a uno; la reserva no se agota ovulando, sino muriendo.

Ejercicio 8.7 ★★

La hemoglobina fetal tiene una presión de semisaturación $P_{50} = 19\,\mathrm{mmHg}$ ; la adulta, $27\,\mathrm{mmHg}$ ; tómese la saturación como $S = P^{n}/(P_{50}^{n} + P^{n})$ con $n = 2.7$ . Calcúlense ambas saturaciones a $30\,\mathrm{mmHg}$ , la presión de la vena umbilical, y explíquese la ventaja.

Solución

Solución de Ejercicio 8.7.

Adulta: $(30/27)^{2.7} = 1.33$ , $S = 1.33/2.33 = 0.57$ . Fetal: $(30/19)^{2.7} = 3.4$ , $S = 3.4/4.4 = 0.77$ . A las bajas presiones de la placenta, la sangre fetal carga una quinta parte más de oxígeno que la sangre adulta, y lo descarga en los tejidos a presiones en las que la hemoglobina adulta ya estaría medio vacía.

Ejercicio 8.8 ★★

La hCG aparece en la sangre materna en la implantación (día 7 tras la fecundación) a alrededor de $1\,\mathrm{IU}/\mathrm{L}$ y se duplica cada dos días; una prueba de embarazo detecta $25\,\mathrm{IU}/\mathrm{L}$ . ¿Qué día tras la fecundación da positivo la prueba? ¿Qué día tras la última menstruación (ovulación el día 14)?

Solución

Solución de Ejercicio 8.8.

$2^{k} = 25$ : $k = 4.6$ duplicaciones, $9.3\,\mathrm{d}$ : días 16 a 17 tras la fecundación; días 30 a 31 tras la última regla — aproximadamente el día en que falta la regla.

Ejercicio 8.9 ★★

Vuélvase a calcular la transferencia placentaria de oxígeno del teorema para una placenta de $6\,\mathrm{m}^{2}$ con una pared de las vellosidades de $10\,\text{µ}\mathrm{m}$ , como en algunas patologías, y compárese con la demanda fetal. ¿Qué le ocurre al feto?

Solución

Solución de Ejercicio 8.9.

$3\times 10^{-8}\times 6\times 10^{4}\times 20/10^{-3} = 36\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ frente a una demanda de $25\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ : el margen pasa de ocho a uno y medio; el feto sufre hipoxia ante cualquier carga adicional, crece despacio y puede requerir un parto anticipado.

Ejercicio 8.10 ★★★

Predíganse el sistema de conductos y los genitales externos de: (a) un feto XY cuyas células carecen del receptor de testosterona; (b) un feto XY sin hormona antimülleriana; (c) un feto XX expuesto a una testosterona elevada procedente de sus suprarrenales; (d) un feto XX que lleva SRY en un cromosoma X. Explíquese cada caso a partir de los resultados de Jost.

Solución

Solución de Ejercicio 8.10.

(a) Se forman testículos que secretan ambas hormonas; la AMH elimina los conductos de Müller, pero la testosterona no puede actuar: los conductos de Wolff regresan y los genitales externos son femeninos — una mujer con testículos y sin útero. (b) La testosterona actúa y la AMH no: un varón con epidídimo, conducto deferente y genitales masculinos, y además útero y oviductos. (c) Ovarios y derivados de Müller (sin testículo, sin AMH); los andrógenos suprarrenales virilizan los genitales externos en grado variable. (d) SRY forma testículos, que imponen la vía masculina: un hombre con dos cromosomas X, estéril porque faltan los genes del Y necesarios para la espermatogénesis.

Ejercicio 8.11 ★★★

Los gemelos idénticos se forman cuando un embrión se divide. Si se divide antes del día 3, los gemelos tienen placentas y sacos separados; entre los días 4 y 8, una placenta y dos sacos; entre los días 8 y 13, una placenta y un saco; más tarde, son siameses. En una serie de gemelos idénticos, el $30\,\%$ tiene placentas separadas, el $68\,\%$ una placenta y dos sacos, y el $2\,\%$ un saco. Dedúzcase qué estadio del desarrollo se divide con más frecuencia, y explíquese en términos del blastocisto qué estructuras se comparten en cada caso.

Solución

Solución de Ejercicio 8.11.

La más frecuente ( $68\,\%$ ) es la división entre los días 4 y 8: tras formarse el trofoblasto (de ahí una placenta), pero antes del amnios (de ahí dos sacos). Antes del día 3 cada mitad forma su propio trofoblasto, y de ahí dos placentas ( $30\,\%$ ); después del día 8 el amnios ya está formado y se comparte ( $2\,\%$ ). Dividir la masa celular interna una vez que el trofoblasto está determinado es, evidentemente, el suceso más fácil.

Ejercicio 8.12 ★★★

Los marsupiales paren al cabo de unas pocas semanas una cría del tamaño de una judía que completa su crecimiento sobre un pezón, en la bolsa; los mamíferos placentarios tienen una gestación larga y paren una cría grande. Compárense las dos estrategias en términos de coste materno, de riesgo y de la capacidad de la madre para abandonar una camada en una mala estación, y propóngase por qué los placentarios han desplazado a los marsupiales en todos los continentes salvo Australia.

Solución

Solución de Ejercicio 8.12.

Un marsupial invierte poco antes del nacimiento: una gestación corta, una cría diminuta y una lactancia que puede interrumpirse desprendiéndose de la cría de la bolsa si llega la sequía, de modo que el riesgo de la madre en cada intento es bajo y puede volver a intentarlo enseguida. Un placentario invierte mucho en una gestación larga, con una cría grande y bien desarrollada que sobrevive mejor al nacer, a costa de una madre comprometida durante meses y vulnerable mientras tanto. En ambientes productivos y previsibles gana la mayor supervivencia de las crías placentarias; el clima errático de Australia premia la opción de abandonar de los marsupiales, y su aislamiento mantuvo fuera a los placentarios hasta hace poco.

8.7 Problema: un embarazo en cifras

Problema 8.1

Problema de fin de semana — un embarazo humano seguido desde el espermatozoide hasta la leche, a través de las probabilidades de fecundación, el calendario de la implantación y su hormona, la capacidad de intercambio de la placenta y el coste energético de la gestación y la lactancia, hasta llegar a la probabilidad de fecundación, el día en que la prueba da positivo, el margen de oxígeno de la placenta y el coste de un día de leche

Datos: $3\times 10^{8}$ espermatozoides por eyaculación, cada uno de los cuales llega al óvulo con probabilidad $10^{-8}$ ; los espermatozoides nadan a $50\,\text{µ}\mathrm{m}/\mathrm{s}$ ; la ampolla está a $15\,\mathrm{cm}$ del cuello del útero. hCG en la implantación (día 7): $1\,\mathrm{IU}/\mathrm{L}$ , que se duplica cada $2\,\mathrm{d}$ ; umbral de la prueba, $25\,\mathrm{IU}/\mathrm{L}$ . Placenta al término: $12\,\mathrm{m}^{2}$ , pared de $3.5\,\text{µ}\mathrm{m}$ , $K_{\mathrm{O_2}} = 3 \times 10^{-8}\,\mathrm{mL}/(\mathrm{cm}\,\mathrm{min}\,\mathrm{mmHg})$ , $\Delta P = 20\,\mathrm{mmHg}$ ; feto de $3.5\,\mathrm{kg}$ que consume $7\,\mathrm{mL}$ de oxígeno por kilogramo y por minuto; flujo sanguíneo placentario materno de $500\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ , con $0.16\,\mathrm{mL}$ de oxígeno por mililitro de sangre. Glucosa: el feto usa $5\,\mathrm{mg}$ por kilogramo y por minuto; sangre materna a $0.9\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$ . Leche: $750\,\mathrm{mL}/\mathrm{d}$ a $2.9\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mL}$ , producida con un rendimiento del $80\,\%$ ; el lactante gana $30\,\mathrm{g}/\mathrm{d}$ de tejido a $6\,\mathrm{kJ}/\mathrm{g}$ depositados y gasta $300\,\mathrm{kJ}/\mathrm{kg}/\mathrm{d}$ en mantenimiento a $4\,\mathrm{kg}$ .

Parte I — La fecundación.

Calcúlense el número medio de espermatozoides que llegan al óvulo y la probabilidad de fecundación.
Calcúlese la probabilidad de que lleguen dos o más, y dígase qué ocurriría sin la reacción cortical.
¿Cuánto tardaría un espermatozoide en llegar nadando a la ampolla? Se encuentran espermatozoides allí en menos de $30\,\mathrm{min}$ : ¿qué los transporta?
Solo unos pocos cientos de espermatozoides llegan a la ampolla. ¿Qué fracción de la eyaculación es esa, y dónde se pierden los demás?
Un óvulo es fecundable durante un día aproximadamente, y los espermatozoides sobreviven unos tres días en el tracto. ¿Durante cuántos días del ciclo pueden las relaciones sexuales dar lugar a una concepción?
El recuento de un hombre cae a $5\times 10^{7}$ . Vuélvanse a calcular la probabilidad de fecundación por ciclo y el número esperado de ciclos hasta la concepción (ley geométrica).
Explíquese por qué es el óvulo, y no el espermatozoide, el que aporta las mitocondrias del embrión.

Parte II — La implantación y su hormona.

¿Cuántas divisiones de segmentación se han producido hacia el día 5 si cada una dura $16\,\mathrm{h}$ ? ¿Cuántas células hay?
¿Qué día tras la fecundación alcanza la hCG el umbral de la prueba? ¿Y tras la última regla (ovulación el día 14)?
¿Por qué debe aparecer la hCG pocos días después de la implantación? ¿Qué le ocurre al cuerpo lúteo, y al embarazo, si no aparece?
La hCG alcanza un máximo cercano a $1 \times 10^{5}\,\mathrm{IU}/\mathrm{L}$ hacia la semana 10 y después disminuye. ¿Cuántas duplicaciones desde la implantación supone eso, y por qué puede disminuir después sin que se pierda el embarazo?
La mitad de las concepciones se pierden antes de la implantación o durante ella, sobre todo por óvulos aneuploides. Explíquese, con el calendario de la ovogénesis, por qué la aneuploidía es más frecuente en los óvulos que en los espermatozoides.
Gemelos: un embrión que se divide el día 6. Dígase si los gemelos comparten la placenta y el saco amniótico.

Parte III — La placenta.

Calcúlese la transferencia difusiva máxima de oxígeno.
Calcúlense la demanda fetal de oxígeno y el margen de difusión.
Calcúlese el oxígeno aportado por minuto por el flujo sanguíneo materno a la placenta. ¿Qué fracción debe extraerse para cubrir la demanda?
Calcúlense la demanda fetal de glucosa en gramos por día y el volumen de sangre materna que la contiene. Compárese con el flujo placentario materno diario.
La sangre del feto sale de la placenta a $30\,\mathrm{mmHg}$ de oxígeno. ¿Por qué no se asfixia a una presión que dejaría inconsciente a un adulto?
Nómbrense dos cosas que hace la placenta y que ningún otro órgano del embrión podría hacer en ese momento, y una que no puede hacer.

Parte IV — El parto y la leche.

Descríbase la retroalimentación positiva del parto y explíquese por qué no se desencadena antes del término.
Calcúlense la energía contenida en la leche de un día y la energía que gasta la madre para producirla.
Calcúlese el balance energético diario del lactante (crecimiento más mantenimiento) y compárese con la leche aportada.
Calcúlese el coste energético total para la madre de nueve meses de lactancia, y compárese con los $300\,\mathrm{MJ}$ que cuesta el propio embarazo.
Explíquese por qué la succión retrasa el retorno de la ovulación, y por qué esto importa en las poblaciones sin anticoncepción.
Enúnciese el resultado: la probabilidad de fecundación, el día en que la prueba da positivo, el margen de oxígeno de la placenta y el coste de un día de leche.

Solución

Solución de Problema 8.1.

1. $m = 3\times 10^{8}\times 10^{-8} = 3$ ; $P = 1 - e^{-3} = 0.95$ . 2. $1 - e^{-3}(1 + 3) = 0.80$ : sin el bloqueo, cuatro de cada cinco fecundaciones serían poliespérmicas y el embrión triploide. 3. $0.15/5\times 10^{-5} = 3000\,\mathrm{s}$ , cincuenta minutos; los transportan las contracciones del útero y del oviducto. 4. $300/3\times 10^{8} = 10^{-6}$ : se pierden en la vagina ácida, en el moco cervical, a manos de los fagocitos del útero y en el oviducto equivocado. 5. Desde tres días antes de la ovulación hasta un día después: unos cuatro días. 6. $m = 0.5$ , $P = 0.39$ ; ciclos esperados $1/P = 2.5$ . 7. Las pocas mitocondrias del espermatozoide, situadas en la pieza intermedia, se marcan y se destruyen tras su entrada; el óvulo lleva cien mil. 8. $120/16 = 7.5$ : siete divisiones, $2^{7} = 128$ células — alrededor de un centenar. 9. $\log_2 25 = 4.6$ duplicaciones, $9.3\,\mathrm{d}$ : días 16 a 17; días 30 a 31 tras la regla. 10. El cuerpo lúteo regresa unos doce días después de la ovulación salvo que la hCG lo rescate; sin ella la progesterona cae, el revestimiento se desprende y el embrión se pierde con la regla. 11. $\log_2 10^{5} = 16.6$ duplicaciones; hacia la semana 10 la placenta produce su propia progesterona y el cuerpo lúteo deja de ser necesario. 12. Los óvulos permanecen décadas en profase I y las cohesinas que mantienen unidos los bivalentes se degradan, de modo que la no disyunción en la meiosis I aumenta bruscamente con la edad materna; los espermatozoides se fabrican de nuevo en dos meses. 13. Tras el trofoblasto (día 5) y antes del amnios (día 8): una placenta y dos sacos. 14. $3\times 10^{-8}\times 1.2\times 10^{5}\times 20/3.5\times 10^{-4} = 206\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ . 15. $7\times 3.5 = 24.5\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ : un margen de ocho. 16. $500\times 0.16 = 80\,\mathrm{mL}/\mathrm{min}$ ; extracción de $24.5/80 = 31\,\%$ . 17. $5\times 3.5\times 1440 = 25\,\mathrm{g}/\mathrm{d}$ ; contenidos en $28\,\mathrm{L}$ de sangre materna; flujo diario de $720\,\mathrm{L}$ : el feto toma alrededor del $4\,\%$ de la glucosa que pasa. 18. La hemoglobina fetal está saturada al $77\,\%$ a $30\,\mathrm{mmHg}$ , el feto tiene más glóbulos rojos y un gasto cardíaco elevado, y sus tejidos están adaptados a trabajar a baja presión — vive, en la práctica, en la cima del Everest. 19. El intercambio de gases sin un pulmón funcional, la nutrición y la excreción sin un intestino ni un riñón funcionales, y las hormonas que mantienen el embarazo; no puede impedir el paso de todos los tóxicos — el alcohol, la nicotina y algunos virus lo atraviesan. 20. Distensión del cuello del útero $\to$ hipotálamo $\to$ oxitocina $\to$ contracción $\to$ más distensión, hasta que el nacimiento elimina el estímulo. Antes del término, el útero dominado por la progesterona tiene pocos receptores de oxitocina y ninguna unión comunicante, de modo que las contracciones no se propagan y el bucle no puede cerrarse. 21. $750\times 2.9 = 2.2\,\mathrm{MJ}$ ; coste $2.2/0.8 = 2.7\,\mathrm{MJ}$ . 22. Crecimiento $30\times 6 = 0.18\,\mathrm{MJ}$ , mantenimiento $300\times 4 = 1.2\,\mathrm{MJ}$ : $1.4\,\mathrm{MJ}$ , unas dos terceras partes de la energía de la leche; el resto se destina a la actividad, al calor y a las pérdidas. 23. $270\times 2.7 = 730\,\mathrm{MJ}$ , dos veces y media el embarazo. 24. La succión eleva la prolactina y suprime la liberación pulsátil de la hormona que impulsa la ovulación, de modo que esta solo vuelve meses después; sin anticoncepción, esto espacia los nacimientos dos o tres años. 25. $P = 0.95$ ; prueba positiva el día 17 tras la fecundación (día 31 del ciclo); margen de oxígeno de ocho; un día de leche le cuesta a la madre $2.7\,\mathrm{MJ}$ .

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