La supervivencia de los espermatozoides viene definida por una serie de parámetros, pero destacan dos: la temperatura, que debe estar comprendida entre los 37 ºC  y los 37,5 ºC; y el grado de acidez del ambiente (pH de 7-7,5). En este sentido, la vagina es un medio hostil para las células reproductoras masculinas, sobre todo fuera del periodo ovulatorio. Durante este tiempo, los espermatozoides mueren literalmente achicharrados en pocos minutos, ya que el pH vaginal está por debajo de 6. En los días de la ovulación, éste sube 1 ó 1,5 puntos, lo que permite que aguanten de 2 a 16 horas. Si son eyaculados en el exterior, a una temperatura de 15 ºC, permanecen vitales 1 o 2 días, y mucho menos si hace más calor. 

En la mayor parte de los vertebrados superiores, los espermatozoides maduros tienen dos partes distinguibles, una cabeza y una cola. Es en la cabeza donde portan la información genética, y una cola o flagelo, que ondulan para impulsarse dentro del cuerpo de la hembra. Los espermatozoides tienen solo 23 cromosomas, o la mitad del número habitual. Cuando una célula de esperma se une con el óvulo, que también tiene 23 cromosomas, los 46 cromosomas resultantes determinan las características de la descendencia. Los espermatozoides también llevan el cromosoma X o Y que determina el sexo del futuro niño. 

En cuanto al flagelo, la activación de los movimientos de la cola es parte del proceso de capacitación, en el cual los espermatozoides experimentan una serie de cambios celulares que permiten su participación en la fertilización. Un cambio fundamental que ocurre durante la capacitación es la alcalinización del citoplasma de los espermatozoides, en la cual los niveles de pH intracelular aumentan, particularmente en el flagelo. Este proceso, que es impulsado por el movimiento rápido de protones fuera de la célula a través de canales iónicos en el flagelo, subyace a la activación de la cola. 

Los canales de protones en los flagelos de los espermatozoides están preparados para abrirse por la presencia en el tracto reproductivo femenino de una sustancia conocida como anandamida, que se cree que ocurre en altas concentraciones cerca del óvulo. Al llegar a un óvulo, se activan las enzimas contenidas dentro del acrosoma de los espermatozoides, lo que permite que los espermatozoides atraviesen la gruesa capa que rodea el huevo (la zona pelúcida); Este proceso se conoce como la reacción del acrosoma. La membrana del espermatozoide se fusiona entonces con la del óvulo, y el núcleo del esperma se transporta al óvulo.  

Los espermatozoides depositados en el tracto reproductivo de la hembra que no alcanzan el óvulo mueren. Pero los espermatozoides también pueden almacenarse en estado congelado durante meses o incluso años conservando su capacidad de fertilizar óvulos cuando se descongelan. 

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