Il processo di procreazione umana rappresenta uno degli eventi biologici più complessi e affascinanti del mondo animale, una coreografia cellulare che permette la trasmissione della vita e la continua evoluzione della specie. Comprendere come abbia avuto origine la meiosi, e di conseguenza la fecondazione, implica l’analisi di due modelli principali che spiegano l’evoluzione di tali meccanismi. Sebbene esistano differenze sostanziali tra il regno vegetale, come nelle spermatofite dove la fecondazione avviene solo dopo l'impollinazione e la produzione del tubo pollinico che libera il gamete nell'ovario, nel mondo animale e specificamente nell'uomo, il concepimento è quel fenomeno che si verifica in seguito all’unione tra la cellula sessuale maschile (spermatozoo) e la cellula sessuale femminile (ovulo), portando alla formazione dell’embrione.
Le basi cellulari e molecolari dell'incontro tra gameti
Affinché la fecondazione avvenga, è necessario un sofisticato meccanismo di attrazione e riconoscimento. Negli organismi, la fecondazione può essere esterna, che avviene solo in acqua, o interna, dove i gameti maschili vengono rilasciati direttamente nell'apparato femminile. In entrambi i casi, l'incontro richiede segnali biochimici precisi. Per far sì che gli spermatozoi raggiungano l'ovocita, è necessario un meccanismo di attrazione. Questo ruolo è svolto dalla famiglia di peptidi che attivano lo spermatozoo, SAP (Sperm Activating Peptides), presenti nell'involucro gelatinoso dell'ovocita. Queste proteine sono specie-specifiche, in modo da essere riconosciute solo da spermatozoi della stessa specie dell'uovo.
I SAP, dissolvendosi nell'acqua, creano un gradiente di densità attorno all'ovocita. Ad esempio, in Arbacia punctulata, la SAP è stata identificata in Resact. Gli spermatozoi di A. punctulata (ma non quelli di altre specie, anche se filogeneticamente vicine) presentano dei recettori per Resact. Quando i recettori rilevano Resact, viene innescata la loro attività guanilil ciclasica. Una volta raggiunto l'ovulo, l'involucro gelatinoso innesca nello spermatozoo la reazione acrosomale. In seguito alla reazione acrosomale vengono esposte le bindine sulla testa dello spermatozoo. Le bindine sono proteine specie-specifiche riconosciute da recettori presenti sulla membrana vitellina. Una volta avvenuto il legame bindine-recettori può avvenire la fusione dei gameti.
È fondamentale sfatare il mito che lo spermatozoo sia l'unico elemento attivo: la fusione è un processo attivo al quale partecipano sia l'uovo che lo spermatozoo; la credenza secondo la quale lo spermatozoo è attivo e l'uovo passivo è falsa.
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Difesa della monospermia e attivazione dell'ovocita
Una volta che il primo spermatozoo ha stabilito il contatto, il sistema deve garantire la monospermia per assicurare un normale assetto cromosomico. Il blocco rapido della polispermia consiste in una variazione del potenziale di membrana dell'ovulo da -70 mV a +20 mV. Tale variazione avviene dopo 1-3 secondi dal legame del primo spermatozoo, ed è dovuta ad un'apertura dei canali del sodio, permettendo l'ingresso di ioni Na+. Il potenziale di membrana rimane positivo per circa un minuto: il blocco rapido della polispermia assicura definitivamente la monospermia.
In seguito alla fusione delle membrane si verifica il rilascio del calcio intracellulare dal reticolo endoplasmatico. L'aumento della concentrazione del calcio innesca la reazione dei granuli corticali, che avviene circa 20 secondi dopo l'ingresso del gamete maschile. Questo processo consiste nella fusione dei granuli corticali con la membrana cellulare, col conseguente rilascio del loro contenuto. Il rilascio del calcio intracellulare è dovuto all'attivazione della fosfolipasi C, che produce inositolo trifosfato (IP3) e diacilgricerolo (DAG). Il primo provoca il rilascio dello ione calcio, il secondo attiva la protein chinasi C, che apre uno scambiatore Na+/H+.
Al momento dell'ingresso, il pronucleo spermatico ruota di 180°, così che il centriolo spermatico si interpone fra i due pronuclei e forma un aster di microtubuli, consentendo l'avvicinarsi dei cromosomi materni e paterni. Il pronucleo maschile, che era fortemente condensato e modificato, subisce un notevole decondensamento e perde i propri istoni modificati, sostituendoli con gli istoni materni.
Dinamiche del concepimento nell'essere umano
Il concepimento può avvenire in modo naturale, attraverso un rapporto sessuale, oppure può essere “favorito” ricorrendo a tecniche di fecondazione assistita. Durante ogni rapporto sessuale, un numero elevatissimo di spermatozoi (circa 200-500 milioni) entra nella vagina e inizia a spostarsi per raggiungere il canale cervicale dell’utero. Al culmine dell'atto sessuale, l'eiaculato maschile fuoriesce dal pene e si riversa nella parte superiore della vagina, insieme al suo carico di spermatozoi. L'eiaculato, chiamato sperma, contiene all'incirca 300 milioni di spermatozoi. Tuttavia, il 99% del suo volume (1-5 ml) è costituito dai liquidi prodotti dalle ghiandole accessorie, come la prostata e le ghiandole seminali. Tali secrezioni hanno la funzione principale di favorire la motilità degli spermatozoi, assicurarne il nutrimento e la sopravvivenza all'interno dell'ambiente acido della vagina.
Tra i primi ostacoli presenti lungo questo cammino, ricordiamo il muco cervicale, una secrezione uterina, che intrappola tra le sue maglie gli spermatozoi meno vitali, non completamente maturi o con caratteristiche morfologiche sfavorevoli. Questo muco diventa meno ostile nei giorni a cavallo dell'ovulazione, cioè nel periodo più favorevole alla fecondazione. Gli spermatozoi che riescono a sfuggire al muco proseguono la risalita verso la parte superiore dell'utero, a cui seguirà l'ingresso nella tuba. È stato calcolato che, con le debite proporzioni, la velocità di uno spermatozoo sarebbe pari a quella di una persona che corre a 55 km/h.
Di norma, la fecondazione avviene nello stesso giorno in cui si ha il rilascio della cellula uovo da parte del follicolo ovarico (intorno al 14° giorno del canonico ciclo ovarico di 4 settimane). L'ovocita maturo, infatti, sopravvive al massimo per 24 ore dopo la liberazione. Per contro, gli spermatozoi depositati dal maschio possono resistere fino a 4 giorni nelle cripte della mucosa cervicale e da qui risalire a poco a poco verso le tube. Normalmente la fecondazione avviene nella loro parte distale, vale a dire nel terzo più vicino all'ovaio.
Il ciclo ovarico e la gestione della fertilità
A partire dal secondo giorno dall’inizio delle mestruazioni inizia la fase follicolare del ciclo mestruale: in questo periodo i follicoli che portano a maturazione la cellula uovo all’interno dell’ovaio si attivano per far maturare l’ovulo e provvedere alla sintesi degli ormoni (estrogeni e progesterone) necessari per ricostituire l’endometrio (il tessuto che riveste la parete interna dell’utero, dove si annida l’embrione). Quando la cellula uovo è matura viene espulsa dall’ovaio e si verifica l’ovulazione, che di solito avviene intorno al 14° giorno del ciclo.
Per individuare i giorni fertili, è essenziale una perfetta conoscenza del proprio organismo e dei suoi ritmi. Un attento monitoraggio dell’ovulazione consente infatti di individuare i giorni fertili della donna, durante i quali aumenta la probabilità di concepire un bambino. Ci si può basare sia sul calcolo aritmetico, sia ricorrendo ai test per l’ovulazione presenti in commercio, composti da stick che reagiscono con l’urina e segnalano se la donna si trova o meno nella fase ovulatoria. Esistono anche metodi di controllo della fertilità, come il metodo della temperatura basale, il metodo Billings e il metodo sintotermico. Quest'ultimo si basa sulla misurazione della temperatura basale del corpo (che aumenta dopo l’ovulazione), sulla valutazione del muco cervicale e sulle caratteristiche del collo dell’utero. Secondo questo metodo, il periodo fertile inizia il giorno precedente alla comparsa di perdite di muco fluido trasparente e filante dai genitali esterni. In questi giorni il collo dell’utero si modifica diventando più soffice, si sposta in alto e l’orifizio si apre un po’.
Dalla fusione dei gameti all'impianto
Nonostante la fecondazione metta in gioco milioni di spermatozoi, solamente uno di questi riesce a fecondare l'ovulo. Quest'ultimo, infatti, è protetto - seppur labilmente - da uno strato di cellule chiamato corona radiata. Dopo aver superato questo primo ostacolo, lo spermatozoo si trova davanti ad un'altra, ben più ardua, barriera di natura glicoproteica, rappresentata dalla zona pellucida. Il processo, chiamato reazione acrosomale, consente agli spermatozoi di scavarsi un piccolo canale per la fecondazione dell'ovulo. L'unione dei nuclei origina una nuova cellula, chiamata zigote, di 46 cromosomi, 23 dei quali ereditati dallo spermatozoo paterno e 23 dei quali dalla cellula uovo materna. Lo zigote andrà quindi incontro ad una lunga serie di divisioni mitotiche, iniziate già nel suo percorso di avvicinamento verso l'utero, nel quale si annida dopo circa una settimana.
È importante distinguere tra vari tipi di gravidanze gemellari: i gemelli monozigoti o monovulari derivano dalla fecondazione di una singola cellula uovo da parte di uno spermatozoo. I gemelli dizigoti invece, che sono più comuni (circa i 2/3 di tutti i parti gemellari), derivano da due zigoti diversi. In questo caso si verifica quindi la fecondazione di due diverse cellule-uovo da parte di due diversi spermatozoi.
La data del concepimento non coincide con quella in cui ha inizio la gravidanza. Le prime due settimane di gravidanza sono quindi un po’ anomale e di solito la donna non avverte alcun sintomo fino a quando non si verifica il concepimento. La data del parto viene calcolata contando 280 giorni (ossia 40 settimane) a partire dal primo giorno dell’ultima mestruazione. Informazioni più attendibili possono essere acquisite dopo l’ecografia del primo trimestre: in questi casi le misurazioni delle dimensioni della camera gestazionale e dell’embrione ci permettono di fare una stima più affidabile della data del concepimento e di quando nascerà il bambino. Il segnale più importante della presenza di una gravidanza rimane comunque l’assenza di mestruazioni (amenorrea).
In definitiva, la fecondazione sessuata, così come avviene nell'uomo e in molti altri organismi superiori, consente al nuovo individuo di ereditare una combinazione di cromosomi paterni e materni tra le milioni possibili. Tutto ciò, oltre a spiegare il perché ognuno di noi sia unico, consente il rafforzamento della specie, poiché si pone alla base della selezione naturale, vale a dire di quel processo che favorisce gli organismi dotati dei caratteri più adatti in un determinato ambiente. Per garantire la salute della procreazione, si raccomandano sempre controlli medici allo scopo di accertare l’assenza di problematiche di salute, ad esempio infezioni genitali, che possono interferire con il concepimento o con la normale prosecuzione di una gravidanza, come affrontato nell’ambito del progetto “Pensiamoci prima” del Ministero della Salute.
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