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La Fertilidad de la Pareja Humana EDICIONES UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CHILE Vicerrectoría de Comunicaciones y Educación Continua Alameda 390, Santiago, Chile editorialedicionesuc@uc.cl www.ediciones.uc.cl FERTILIDAD DE LA PAREJA HUMANA Pilar Vigil Portales © Inscripción N° 139.271 Derechos reservados 2013 http://mailid:editorialedicionesuc@uc.cl http://www.ediciones.uc.cl ISBN Nº 978-956-14-1333-7 eISBN Nº 978-956-14-1430-3 Cuarta edición ampliada, julio 2013 Diseño portada: Paulina Lagos e Isabel del Río CLP. - Pontificia Universidad Católica de Chile Vigil P., Pilar Fertilidad de la pareja humana / Pilar Vigil Portales colaboradores Rosa Riquelme Rivera, Susana Godoy Hidalgo, Héctor Rodríguez Bustos, Ricardo D. Moreno. I. Fecundidad Humana. I. Riquelme Rivera, Rosa Ester. II. Godoy Hidalgo, Susana, Rodríguez Bustos, Héctor. III. Moreno, Ricardo D. 2004 612.6 de 21 RCA2 La Fertilidad de la Pareja Humana Pilar Vigil Cuarta edición ampliada ÍNDICE INTRODUCCIÓN 1. SISTEMA REPRODUCTOR Anatomía del sistema reproductor femenino Ovogénesis y función endocrina del ovario Anatomía del sistema reproductor masculino Regulación hormonal del sistema reproductor masculino 2. ESPERMATOGÉNESIS El testículo y su organización interna La espermatogénesis en mamíferos Espermiogénesis Formación del acrosoma Transformaciones del núcleo Interacciones celulares en el testículo Estados del ciclo Regulación hormonal de la espermatogénesis Otros factores que regulan la espermatogénesis 3. EMBRIOLOGÍA DEL APARATO REPRODUCTOR Formación y desarrollo temprano de la gónada Control genético del sexo gonadal El sexo gonadal Diferenciación hacia Ovario Diferenciación hacia Testículo Síntesis de esteroides durante el desarrollo embrionario Formación y diferenciación de los conductos genitales internos Diferenciación del Conducto de Müller Diferenciación del Conducto de Wolff Formación y diferenciación de los genitales externos Genitales externos masculinos Genitales externos femeninos Cuadro Resumen 4. CAMBIOS HORMONALES EN LA ADOLESCENCIA La adrenarquia La maduración del eje hipotálamo-hipófisis Gonadarquia Otras hormonas que se asocian con el inicio de la pubertad Estadios de cambios puberales en la adolescencia Crecimiento corporal Pubarquia (desarrollo del vello pubiano y axilar) Desarrollo del vello axilar Telarquia (desarrollo de las mamas) Desarrollo peneano y testicular 5. CICLO MENSTRUAL Cambios en el ciclo menstrual desde la menarquia hasta la adultez Regulación hormonal del ciclo menstrual Fases del ciclo menstrual Fase folicular Fase lútea Cambios hormonales durante el ciclo menstrual Fase folicular Fase lútea Respuesta del endometrio a las variaciones hormonales del ciclo menstrual Respuesta del cuello uterino a las variaciones hormonales del ciclo menstrual Moco cervical Funciones del moco cervical Cambios en la elevación, consistencia y abertura del cuello uterino Cambios en la temperatura corporal basal Cambios fisiológicos durante el ciclo menstrual 6. RECONOCIMIENTO DE LA FERTILIDAD EN LA PAREJA HUMANA Método de la ovulación de Billings Análisis de ciclos menstruales Ciclos probablemente ovulatorios Ciclos con situaciones especiales (probablemente ovulatorios) Ciclos probablemente anovulatorios Método basado en la variación de la temperatura basal corporal Método sintotérmico 7. DESÓRDENES DE FERTILIDAD Y MÉTODO DE OVULACIÓN DE BILLINGS (MOB) 8. MÉTODOS CLÍNICOS UTILIZADOS PARA EL DIAGNOSTICO DE LA OVULACIÓN Bases fisiológicas del diagnóstico de la ovulación Técnicas utilizadas en el diagnóstico de la ovulación Monitoreo ecográfico de maduración folicular Cristalización salival Detección del alza de LH en la orina Medición de progesterona Medición de la TBC (Bio-Self 110) Cambios de resistencia eléctrica (Monitor de Fertilidad CUE) Medición de hormonas esteroidales (Monitor oválico) GLOSARIO ÍNDICE TEMÁTICO PRÓLOGO La fertilidad es una condición que al estar presente en un hombre y una mujer en forma simultánea brinda a la pareja humana la posibilidad de engendrar un hijo. El conocer como personas nuestros períodos de fertilidad e infertilidad nos permite decidir libremente cuándo queremos ser padres. La fertilidad, sin embargo, no es una condición permanente del ser humano, sino que es un don transitorio. Entendida de esta manera, la fertilidad es un estado que debemos conocer y cuidar. El estudio de los fenómenos biológicos que ocurren en nuestro organismo nos ayuda a conocer nuestra fertilidad. Se considera que el hombre adulto normal es siempre fértil, pues es capaz de producir millones de espermatozoides diariamente. Por el contrario, la mujer normalmente libera sólo un ovocito durante su ciclo menstrual y éste tiene una corta vida de aproximadamente 24 horas. El período de fertilidad de la pareja humana entonces está dado por el período fértil de la mujer, pues es en ella donde normalmente se suceden períodos de fertilidad e infertilidad, y también por la sobrevida de los espermatozoides en el tracto reproductor femenino. Este texto entrega conocimientos del sistema reproductor del hombre y de la mujer, del período embrionario humano, de los cambios experimentados durante una de las etapas más críticas del desarrollo, como es la adolescencia, y también información sobre el ciclo menstrual. Estos temas permiten comprender las bases fisiológicas sobre las que se sustenta el reconocimiento de la fertilidad de la pareja humana. Por último, este libro entrega información acerca de los métodos clínicos actualmente utilizados para el diagnóstico de la ovulación. Esta edición corresponde a una versión ampliada y revisada respecto a las anteriores, entregándose una actualización de los conceptos acerca de los mecanismos endocrinos que controlan el inicio de la pubertad; el rol de las hormonas esteroidales sexuales en los eventos asociados a la fecundación; y acerca del síndrome de ovario poliquístico, la principal patología endocrino- metabólica asociada a disfunción ovulatoria. En la preparación de esta cuarta edición ampliada se agradece a las profesoras Rosa Riquelme y Ana María Salgado, al Dr. Héctor Rodríguez Bustos, a la enfermera-matrona Susana Godoy y al Dr. Manuel E. Cortés. Pilar Vigil Santiago, Chile 1. SISTEMA REPRODUCTOR Anatomía del sistema reproductor femenino El tracto genital femenino se compone de genitales externos y genitales internos. Los genitales externos son la vulva (clítoris, labios menores y mayores), el himen y el orificio vaginal (Fig. 1). Los genitales internos son la vagina, el útero, las trompas de Falopio y los ovarios (Fig. 2). Figura 1 Genitales femeninos externos. La vagina es un órgano tubular fibromuscular, ubicado entre el cuello del útero y la vulva. Mide alrededor de 7 a 8 cm de longitud. En su parte superior se deposita el semen durante la relación sexual. El útero es un órgano en forma de pera, de paredes musculares gruesas. En una mujer adulta mide 7 a 8 cm de largo y 3 a 5 cm de ancho. Se ubica en el centro de la pelvis. Presenta una parte superior ancha, el cuerpo, y una inferior angosta, el cérvix o cuello uterino. El cuerpo es de forma triangular y en su interior se implanta y desarrolla el embrión. El cuello uterino es de forma cilíndrica y mide aproximadamente 2 a 3 cm de largo. Su superficie presenta pliegues que determinan la formación de «criptas» o reservorios, donde pueden ser almacenados los espermatozoides o gametos masculinos. Las trompas de Falopio corresponden a dos órganos tubulares ubicados a cada lado del útero. Miden entre 10 a 12 cm de longitud. Su función es transportar los ovocitos (gametos sexuales femeninos), desde los ovarios al útero y permitir el paso de los espermatozoides (gametos sexuales masculinos), hasta el sitio de la fecundación. Los ovarios son los órganos primarios del sistema reproductor. Su forma es ovalada y miden aproximadamente 4 cm de largo, 2 cm de ancho y1 cm de espesor. Se encuentran situados uno a cada lado del útero. Estos órganos tienen la función de secretar hormonas y liberar los ovocitos. Figura 2 Vista frontal de los genitales femeninos internos. Ovogénesis y función endocrina del ovario Dentro del ovario se encuentran los folículos, éstos corresponden a unas estructuras esféricas conformadas por el ovocito y están rodeados de un grupo de células llamadas foliculares, que le sirven de sostén y mantención. En la mujer, el desarrollo de estos folículos se inicia durante la vida embrionaria y al tercer mes después del nacimiento existen aproximadamente 400.000 folículos en los ovarios, los cuales no aumentarán en número durante su vida (2). Sin embargo, esta cantidad de folículos es suficiente ya que de ellos, sólo 400 a 500 completarán su desarrollo durante la etapa reproductiva. Figura 3 Diagrama de un ovocito en estado avanzado de desarrollo. Con el inicio de los ciclos reproductivos, cada mes se inicia la maduración de un grupo de folículos de los cuales sólo uno liberará un ovocito. Esta maduración involucra la formación de la cavidad antral y el aumento del número de capas de células granulosas que rodean al ovocito. Un folículo a punto de ovular está formado por la teca externa, la teca interna, una membrana basal, varias capas de células granulosas, la zona pelúcida, el ovocito y una cavidad antral (Fig. 3). Una vez producida la ovulación, el ovocito inicia su viaje a través de las trompas de Falopio. En el ovario la estructura folicular que queda comienza una serie de cambios bioquímicos y morfológicos. La membrana basal se rompe y los capilares sanguíneos de la teca invaden a las células de la granulosa. Este proceso llamado luteinización permite la formación del cuerpo lúteo (cuerpo amarillo). En ausencia de embarazo, el cuerpo lúteo degenera, pasando a llamarse cuerpo albicans (cuerpo blanco). El ovario además es la estructura responsable de la producción de la mayor cantidad de estradiol y progesterona. El precursor del estradiol es el colesterol el cual puede ser obtenido por tres vías: a) de origen plasmático, circulando en la sangre en las de lipoproteínas e ingresando a las células mediante un receptor b) por síntesis de novo en las células del ovario a partir de unidades de dos carbonos (acetato) y c) del colesterol intracelular almacenado en forma de éster de colesterol. Las estructuras productoras de estas hormonas en el ovario son el folículo y el cuerpo lúteo. Durante la primera mitad del ciclo reproductivo la producción de estradiol es realizada por los folículos en desarrollo. Las células de la teca interna transforman el colesterol primeramente a pregnenolona y posteriormente a androstenediona (un andrógeno). Esta hormona atraviesa desde las células de la teca interna hasta las células de la granulosa donde es transformada en estrona para finalmente llegar a 17β-estradiol (un estrógeno) (Fig. 4). Durante la segunda mitad del ciclo reproductivo, el cuerpo lúteo es el encargado de producir estradiol y progesterona. (La regulación hormonal del ovario se verá en el capítulo sobre ciclo menstrual). Figura 4 Producción de estradiol a nivel del folículo durante la fase folicular. (Adaptada de Carr B.R., et. al. The role oflipoproteins in the regulation of progesterone secretion by the corpus luteum. Fértil. Steril. 1982; 38; 303-311). Figura 5 Vista lateral del aparato reproductor masculino. Anatomía del sistema reproductor masculino 1. Pene: El pene está compuesto por una raíz y un cuerpo. La raíz consiste en masas de tejido eréctil y el cuerpo corresponde a la porción libre cubierta por la piel, que termina en una expansión llamada glande. El glande está limitado circunferencialmente por el cuello, que se encuentra rodeado por un borde conocido como corona. Cerca de la punta del glande se encuentra una perforación medial, el orificio uretral. El glande está cubierto por una doble capa de piel que se extiende desde el cuello, llamada el prepucio. Un pliegue medial, el frenillo, está presente cerca de la abertura uretral (Fig. 5). 2. Complejo sistema de conductos: Conducto eferente, epidídimo, conducto deferente y conducto eyaculador. a. Conducto eferente: Está integrado en el testículo. b. Epidídimo: Es un tubo enrollado que mide entre 4 y 5 m de longitud y que se extiende desde la parte posterior del testículo hasta el conducto deferente. Su función está asociada a los procesos de almacenamiento, maduración y reabsorción espermática. c. Conducto deferente: Conecta el conducto del epidídimo con el conducto eyaculador mide entre 33 y 45 cm de largo. Comienza en la cola del epidídimo como una continuación del conducto epididimal y termina en la cara posterior de la vejiga, uniéndose con el del lado opuesto. Su parte terminal o ampolla se une con el extremo inferior de la vesícula seminal de ese lado para formar el conducto eyaculador. d. Conducto eyaculador: Forma la parte final de la vía seminal. Atraviesa la próstata y desemboca en la parte superior de la uretra prostática. 3. Dos glándulas exocrinas: Las vesículas seminales y la próstata. a. Vesículas seminales: Son dos estructuras de forma piriforme, ubicadas detrás de la vejiga y cuyo extremo inferior se une con la porción terminal del conducto deferente. El fluido proveniente de estas vesículas aporta un 66 % del total del fluido seminal. b. Próstata: Es un órgano fibromuscular que rodea la uretra masculina y contiene glándulas cuyas secreciones se vierten en la uretra prostática y constituyen el 30 % del fluido seminal. 4. Testículos o gónadas masculinas: Son dos glándulas ovoides que producen espermatozoides y secretan diversas hormonas. Los testículos se sitúan bajo el pene, en el interior de las bolsas escrotales, lo que favorece la existencia de una temperatura inferior a la abdominal. Dentro de cada testículo hay una red de túbulos seminíferos, donde se producen los espermatozoides (1, 3). Estos túbulos entregan su contenido al epidídimo. Durante el proceso de espermiación, el espermatozoide maduro es liberado a la luz del túbulo seminífero. Posteriormente experimenta una serie de cambios, especialmente durante su paso por la cabeza del epidídimo. Estos cambios son morfológicos, citoquímicos y del patrón de motilidad. En el adulto, la duración de la espermatogénesis es de 74 ± 4 días. El tiempo de tránsito del espermatozoide a lo largo del epidídimo se estima en 8 a 17 días (Fig. 6) (3). Los espermatozoides producidos son almacenados en el epidídimo desde donde se liberan instantes antes de la eyaculación. Durante ésta, el contenido epididimario sale por el conducto deferente y se mezcla con secreciones de las vesículas seminales y próstata para formar el semen. Éste sale por la uretra y es depositado por el pene erecto en la vagina de la mujer, durante una relación sexual. La espermatogénesis ocurre estrechamente asociado a un grupo de células llamadas células de Sertoli. La base de éstas se encuentra ubicada adjunta a la membrana basal del túbulo y su citoplasma orientado hacia el lumen, semejante a una arborización que envuelve a las células gaméticas en proceso de maduración. Estas células poseen uniones intercelulares formando así la barrera hematotesticular, que divide al testículo en dos compartimentos funcionales: el compartimento basal y el adluminal. Figura 6 Histología testicular esquemática. Adaptado de Bustos Obregón, E. 1999, Andrología. Ed. Universitaria, p. 22 Esta barrera es impermeable a moléculas de gran tamaño y es necesaria para prevenir que el sistema inmunitario del cuerpo destruya las células espermáticas en proceso de maduración. El compartimento basal está compuesto por las células de Leydig y las células mioides, ubicadas extratubularmente y por las espermatogonias ubicadas dentro de los túbulos seminíferos. El compartimento adluminal contiene las células germinales en estados más avanzados de desarrollo (8). Además de constituir la barrera hemato-testicular, las célulasde Sertoli cumplen otras funciones como ser receptoras de la hormona estimulante de los folículos (FSH), sintetizar una proteína fijadora de andrógenos (ABP), dar origen a un ambiente óptimo para la diferenciación de las células espermáticas y facilitar la liberación de los espermatozoides maduros. La secreción de testosterona testicular es realizada por las células de Leydig bajo el estímulo de una gonadotrofina: la hormona luteinizante (LH). La síntesis de la testosterona utiliza como sustrato al colesterol intracelular presente en forma de gotas lipídicas, el que es transformado a pregnonelona para posteriormente ser convertido en testosterona. La testosterona es responsable de la aparición de los caracteres sexuales secundarios: actúa sobre las glándulas accesorias: próstata, vesículas seminales y glándulas de Cowper; influye en el crecimiento somático y contribuye a la producción de espermatozoides maduros. Esta hormona también produce cambios psíquicos, aumento de la líbido, mayor potencia sexual y una actitud más agresiva. Además, en la vida fetal determina el desarrollo de los órganos derivados del seno urogenital. Regulación hormonal del sistema reproductor masculino • Hipotálamo: En esta estructura cerebral se encuentra el centro de control gonadotrófico. Este centro es estimulado por neuronas de otras regiones cerebrales para la producción de la hormona liberadora de gonadotrofinas hipofisiarias (GnRH), cuya función es estimular la liberación de las hormonas hipofisiarias. • Hipófisis: Las células de la hipófisis responden al estímulo del hipotálamo liberando sus gonadotrofinas: las hormonas FSH y LH. • Testículos: Estas estructuras responden a las gonadotrofinas hipofisiarias. La hormona gonadotrófica LH se une a receptores ubicados en la membrana de las células de Leydig (5) estimulando la producción de testosterona. Se piensa que la FSH tiene un rol importante en la espermatogénesis, induciendo a las células de Sertoli (6, 7) a producir la proteína ABP. Esta proteína se uniría a la testosterona y se liberaría a los espacios intercelulares de las células germinales, (1) promoviendo la diferenciación de las células gaméticas. La FSH produce además una inducción en la maduración de las células de Leydig durante el desarrollo y aumenta el número de receptores para LH en estas células (4). El control completo de secreción gonadotrófica es desconocido, pero se sabe que sustancias como la kispeptina, la inhibina, la activina, la testosterona y el estradiol juegan un rol importante en este proceso. Se sabe que la secreción de LH es inhibida por los esteroides gonadales y que la inhibina secretada por el testículo y el ovario, es capaz de inhibir la secreción de FSH a nivel hipofisiario. BIBLIOGRAFÍA 1. Arrau, J.; Bustos, E., Hoecker, G.; Ramos, A. 1981. Biología de la Reproducción. Santiago, Andrés Bello. 170 pp. 2. Billings, E.; Westmore, A. 1980. The Billings method: controlling fertility without drugs or devices. Australia, Penguin Books, pp. 2-262. 3. Bustos Obregón, E. 1999. Andrología. Editorial Universitaria. 4. Kerr, J.B.; Sharpe, R.M. 1985. Follicle-stimulating hormone induction of Leydig cell maturation. Endocrinology 116: 2592-2604. 5. Marschall, J.C. et al. 1983. Selective inhibitions of follicle-stimulating hormone secretion by estradiol. J. Clin. Invest. 72:248-257. 6. Sánchez-Andrés, A. 1997. Genetic and environmental factors affecting menarcheal age in Spanish women. Anthropol. Anz. 55(l):69-78. 7. Speroff, L., Glass, R. Kase, N. 1986. Endocrinología, Ginecología e Infertilidad. 3a. Ed. Barcelona, Toray, pp. 1-651. 8. Wilson, J., Foster, D., Kronenberg, H., Larsen, RR. 1998. Williams Texbooks of Endocrinology. Philadelphia, W.B. Saunders, pp. 751-875. 2. ESPERMATOGÉNESIS El éxito en la reproducción depende de muchos factores a nivel molecular, celular y fisiológico. Entre los más importantes destacan el proceso de fecundación, el que requiere la participación de gametos competentes. El espermatozoide de mamífero es una célula haploide (n) cuyo material genético se encuentra en la cabeza. Por sobre éste, se encuentra una vesícula llamada acrosoma que en su interior contiene numerosas enzimas que ayudan al espermatozoide a cruzar la zona pelúcida y llegar hasta el ovocito durante el proceso de fecundación. El flagelo, es el organelo encargado de dar la movilidad al espermatozoide, cuenta con estructuras como las fibras densas y un conjunto de mitocondrias que le proveen de energía y otorgan fuerza al batido flagelar (Fig.7). En resumen, el espermatozoide de mamífero tiene una serie de organelos que son únicos, cuya función es esencial para el proceso de fecundación, como se mencionó anteriormente. El espermatozoide se produce en el testículo en un proceso de diferenciación altamente regulado y complejo llamado espermatogénesis, que comprende todos los fenómenos a través de los cuales un grupo de células diploides (2n), llamadas espermatogonias, se diferencian (transforman) en espermatozoides haploides. En este capítulo revisaremos algunas de las etapas más importantes del proceso de espermatogénesis y qué factores regulan su velocidad y progresión. Figura 7 Diagrama de un espermatozoide humano. El testículo y su organización interna El órgano encargado de la producción de espermatozoides es el testículo. Los testículos están cubiertos por una cápsula fibrosa denominada túnica albugínea, la que está formada por fibras de colágeno y células musculares lisas (14). En el testículo se pueden distinguir dos compartimentos principales: el compartimento intersticial, altamente vascularizado y que participa en la función endocrina de este órgano (esteroidogénesis); y un compartimento tubular, donde se encuentran los túbulos seminíferos formando asas contorneadas, con sus dos extremos conectados a la rete testis. Los túbulos seminíferos están separados del intersticio por la «lámina propia», una serie de capas celulares y acelulares que se encuentran ubicadas entre la circulación sistémica y la membrana plasmática basal de las células de Sertoli y las espermatogonias (14). Las paredes de los túbulos (Fig. 6) están formadas por una lámina basal, compuesta principalmente por componentes de matriz extracelular (MEC): laminina, colágeno tipo IV, sulfato de heparán, entactina; y por una o más capas de células mioides (o peritubulares), ricas en miosina, actina y fibronectina (9). La MEC de la lámina propia testicular se encuentra ubicada en la capa no celular de ésta y participa de la formación de la barrera hematotesticular, mediante la generación de una barrera no específica para células y macromoléculas. El concepto de barrera hematotesticular (4,14) se formuló muchos años atrás al observar que algunas substancias que se inyectaban por vía sanguínea no llegaban a los túbulos seminíferos. Por otro lado se ha determinado que el fluido testicular, que se encuentra al interior de los túbulos seminíferos, tiene una composición muy diferente a la linfa y la sangre. Por lo tanto, el interior del túbulo seminífero se encuentra aislado del resto del cuerpo. Ésta trae una importante consecuencia funcional: las células germinales se encuentran aisladas del sistema inmune, razón por la cual, el sistema inmune de un adulto no reconoce a sus propios espermatozoides y, en caso de existir alguna falla en la barrera hemato-testicular, podría atacar a sus propias células germinales. Esto puede ser causa de infertilidad masculina en pacientes infértiles que tienen autoanticuerpos en contra de sus propios espermatozoides. Aparte de formar espermatozoides, el testículo es el órgano encargado de secretar varias hormonas, entre ellas la testosterona, que es la hormona que masculiniza. La espermatogénesis en mamíferos La espermatogénesis se puede dividir en tres etapas funcionalmente distintas: La etapa de proliferación, la etapa de meiosis y la etapa de diferenciación o espermiogénesis. Al momento de entrar en la pubertad, las célulasgerminales primordiales (CPG) se han diferenciado en espermatogonias, la cuales entran de nuevo al ciclo celular y comienza su proliferación. En este período las espermatogonias inician el período proliferativo de lo que se llama la primera onda de la espermatogénesis. Cabe destacar que la espermatogénesis es un proceso continuo y que se produce durante toda la vida del macho una vez llegada a la pubertad (11). Es por esto que constantemente se están produciendo espermatozoides nuevos. El testículo de un roedor o un humano puede llegar a producir alrededor de 70 millones de espermatozoides diarios, en tanto que en los caballos las cifras pueden llegar a los 6.500 millones diarios por testículo. En el curso normal de los acontecimientos, algunas espermatogonias tipo A abandonan la población de células madre y dan origen a generaciones sucesivas de espermatogonias (Ap, A1, A2, A3 y A4), cada una de ellas más diferenciada que la anterior (3). Una vez que se ha completado la última división de las células de tipo A se forman las espermatogonias de tipo B. Las espermatogonias tipo B entran en meiosis y se pasan a llamar espermatocitos. Los espermatocitos primarios entran en una profase prolongada (22 días) seguida por la terminación rápida de la primera meiosis y la formación de espermatocitos secundarios. Estas células comienzan inmediatamente la segunda división meiótica para formar las espermátidas, que contienen un número haploide de cromosomas, que en el caso humano es de 23. Las espermátidas entran posteriormente en el proceso de diferenciación celular conocido como espermiogénesis. Durante esta serie de acontecimientos, desde el momento en que las células de tipo A abandonan la población de células madre hasta la formación de espermátidas, la citocinesis es incompleta de modo tal que las generaciones celulares sucesivas están unidas por puentes citoplasmáticos (17). La progenie de una sola espermatogonia de tipo A forma un grupo de células germinativas que mantiene contacto entre ellas por puentes citoplasmáticos formados producto de una citocinesis incompleta. Este tipo de comunicación permite una gran sincronía en la división de grandes grupos de células agrupados en colonias. Estudios teóricos indican que una espermatogonia de tipo As puede dividirse por mitosis 8 a 9 veces antes de entrar en meiosis. Esto significa que una sola espermatogonia podría producir 512 espermatogonias tipo B, las cuales podrían generar, una vez ocurrida la meiosis y la espermiogénesis, un total de 4096 espermatozoides (14). Sin embargo, el máximo número de espermátidas en «clones» observado ha sido de 650, y en la mayoría de los casos es de un máximo de 100. Por lo tanto, durante las primeras etapas de la espermatogénesis ocurre una masiva muerte de espermatogonias (o espermatocitos) (11). Esta muerte celular programada, llamada apoptosis, se produce debido principalmente a que existe una selección estricta en cuanto a la «calidad» de las espermatogonias que proliferan. Por otro lado, se ha propuesto que la célula de Sertoli, que es aquella que otorga gran parte del sustento metabólico y fisiológico a las células germinales, no daría abasto con tantas células germinales que sustentar (13). De esta manera se piensa que existiría una competencia entre las espermatogonias, que están en proliferación por lograr establecer una unión fuerte y estable que permita que las células de Sertoli las puedan nutrir y sustentar. Aquellas espermatogonias que no alcancen a lograr esta unión con la célula de Sertoli mueren por apoptosis. De esta manera aproximadamente un 75 % de todas las espermatogonias que se producen en cada ciclo de división mueren por apoptosis. Por lo tanto, la apoptosis es un proceso muy importante en el control de la homeostasis y balance entre las interacciones intercelulares que se producen en el testículo. Espermiogénesis La serie de cambios que experimentan las espermátidas para su transformación en espermatozoides recibe el nombre de espermiogénesis. La espermiogénesis comienza con la formación de la espermátida, la que es el fruto de la meiosis experimentada por los espermatocitos. Por lo tanto, las espermátidas son células haploides que ahora deben diferenciarse en un espermatozoide funcional. Formación del acrosoma Entre los numerosos cambios que experimenta la espermátida se encuentra la formación del acrosoma. Ésta es una vesícula que se forma sobre el núcleo de la espermátida y contiene enzimas que ayudan posteriormente al espermatozoide a cruzar la zona pelúcida (1). El acrosoma se forma a partir de pequeñas vesículas que se forman en el aparato de Golgi. Estas vesículas se juntan entre sí y luego se adhieren a la superficie del núcleo de la espermátida. Posteriormente esta vesícula acrosómica crece notablemente en volumen y llega a cubrir hasta 2/3 de la superficie total de la cabeza del espermatozoide (2). El aparato de Golgi modifica y empaqueta todas las enzimas y proteínas necesarias para el buen funcionamiento del acrosoma durante el proceso de fecundación (12). Transformaciones del núcleo Otro de los drásticos cambios que ocurre durante la espermiogénesis es la modificación tanto en el contenido como en la forma del núcleo de la espermátida. Esta transformación se traduce en que el núcleo de la espermátida se reduce en volumen, el que finalmente llega a ser no más del 5 % del volumen nuclear de una espermatogonia (16). Esto conlleva a que el material genético (ADN) se encuentre enormemente compactado, gracias a la participación de unas proteínas específicas llamadas protaminas. Las protaminas sólo se encuentran en las espermátidas y los espermatozoides. La particular organización del material genético en el espermatozoide hace que éste sea transcripcionalmente inactivo (16). En otras palabras, el espermatozoide no podría sintetizar ninguna proteína. Interacciones celulares en el testículo Las interacciones celulares en el testículo son un requisito importante para la espermatogénesis y la maduración espermática. Durante todos los estados de la espermatogénesis, las células germinales y las de Sertoli se encuentran comunicadas a través de contactos directos célula-célula y por interacciones paracrinas; sin embargo, las bases moleculares de estas interacciones no han sido completamente definidas (5). Varios tipos de uniones morfológicas y funcionales han sido descritas en el testículo. Este tipo de uniones permite que se establezcan numerosas formas de interacciones entre tipos celulares específicos y con la célula de Sertoli. Por ejemplo, se sabe que las células más indiferenciadas, que son las espermatogonias, se alojan en la parte basal del túbulo seminífero. Una vez que entran en meiosis y comienza su diferenciación, los espermatocitos, y luego las espermátidas, van desplazándose hacia el lado luminal del túbulo seminífero (10). Una vez que la espermátida ha logrado su forma y funcionalidad final, se desprende de la célula de Sertoli y se libera al lumen del túbulo seminífero (espermiación). Los espermatozoides completamente formados llegan a la luz de los túbulos seminíferos, desde donde son empujados hacia el epidídimo por los elementos contráctiles que se encuentran en la pared de aquéllos. Aunque en un principio son poco móviles, los espermatozoides alcanzan su movilidad completa en el epidídimo. Durante todo este proceso de movimiento, desde la parte basal hacia la parte luminal del túbulo seminífero, las células germinales no pierden su interacción con la célula de Sertoli. Para lograr este movimiento, las células germinales (y las células de Sertoli) establecen una relación dinámica de interacciones celulares en que las proteínas que las componen están en constante proceso de degradación y de reformación. Por otro lado, se expresan tipos específicos de unión dependiendo del tipo celular que se trate. Por ejemplo, las espermatogonias y las células de Sertoli expresan un tipo de proteínas de unión llamadas integrinas; estas moléculas les permiten a ellas unirsea la lámina basal. Por otro lado, las especializaciones ectoplasmáticas se forman como una especialización de la membrana plasmática de la célula de Sertoli y que envuelve el acrosoma de las espermátidas. Estados del ciclo Un estado del ciclo se define como una agrupación de células germinales que tiene una composición constante en el tiempo. Esto significa que ciertos estados de diferenciación siempre se encuentran asociados a otros de manera específica. Es decir, todo este conjunto de células se desarrolla de manera sincrónica y armoniosa. Existen numerosos estados y su número varía según la especie en estudio. Por ejemplo, en el ratón se sabe que hay 14 estados (14 asociaciones distintas de células). Los estados del ciclo sirven para estudiar el proceso de espermatogénesis; pero además nos revelan que la diferenciación en el testículo es un proceso que requiere fuertemente las interacciones celulares. Los estados nos ayudan a entender el ciclo del epitelio seminífero, que es la secuencia ordenada de estados, los cuales ocurren de manera secuencial en un segmento del túbulo seminífero (5, 14). En resumen, la espermatogénesis es un proceso complejo que requiere la interacción entre diversos tipos celulares y con la matriz extracelular. Este proceso puede ser regulado por numerosos factores intrínsecos o extrínsecos a las células germinales. Regulación hormonal de la espermatogénesis Bajo el control del hipotálamo, la glándula pituitaria (hipófisis) secreta dos hormonas glicoproteicas que son la LH y FSH. La LH tiene un efecto directo sobre la espermatogénesis al estimular la célula de Leydig, que es la productora de testosterona en el testículo. La célula de Sertoli tiene receptores para la hormona testosterona, la cual puede influenciar la progresión y la velocidad de la espermatogénesis. Además, los niveles de testosterona tienen una estrecha correlación con los niveles de apoptosis que se observan en la senescencia o en animales expuestos a contaminantes ambientales. La segunda hormona importante es la FSH, ella controla más bien la velocidad con la cual se produce la espermatogénesis y pareciera actuar tanto a nivel de las células de Sertoli como a nivel de las células germinales (15). Se sabe que la FSH es muy importante durante el inicio de la espermatogénesis en la pubertad. Durante este período, pareciera ser que la FSH y la testosterona tienen un efecto sinérgico en el desarrollo de las distintas etapas del desarrollo del testículo. Si se elimina la glándula hipófisis se ha observado que se detiene completamente la espermatogénesis, y las células que quedan mueren por apoptosis. A largo plazo, los túbulos seminíferos se comienzan a achicar. Las células de Leydig disminuyen en tamaño y en número. Otros factores que regulan la espermatogénesis Entre otros factores que modulan la espermatogénesis se encuentran la temperatura y los contaminantes ambientales. Temperatura: Uno de los factores que regula la espermatogénesis es la temperatura. En el caso del testículo, es un órgano que funciona a una temperatura 3 a 4 °C menor que el resto del cuerpo. Se ha observado que en condiciones en que los testículos no son capaces de descender al escroto, no comienza la espermatogénesis. Por otra parte, en animales con reproducción estacional, como algunos hámsteres del ártico, los testículos suben a la cavidad abdominal durante la época no reproductiva (18). Durante este período de tiempo, se produce una masiva muerte celular de espermatocitos y espermátidas y una detención en la espermatogénesis. Por último, es posible en condiciones experimentales subir de 2 a 3°C la temperatura del testículo, y con ello se ha visto que se provoca una masiva muerte celular (apoptosis) tanto en espermatocitos como en espermátidas (8). En conclusión, la temperatura es un factor clave en la regulación de la programación y la velocidad de la espermatogénesis. Contaminantes ambientales: Muchos de los contaminantes ambientales que afectan la espermatogénesis son estructuralmente muy parecidos a los estrógenos, hormonas sexuales derivadas de la testosterona. Estos químicos, tienen la capacidad de unirse a los receptores endógenos de hormonas y afectar la expresión génica de las células, es por ello que han sido implicados en la disminución en la fertilidad y aumento de cánceres testiculares (7). En particular, se cree que actúan al romper la comunicación entre el hipotálamo y la hipófisis, de manera que disminuyen los niveles circulantes de la FSH y así afectan a la espermatogénesis. Se sabe, que uno de estos compuestos, el dietilestilbestrol, además causa muerte celular por apoptosis en espermatocitos en estado de paquiteno y espermátidas en ratas tratadas con esta droga (6). De esta manera, los contaminantes ambientales podrían afectar la espermatogénesis tanto en forma directa como en forma indirecta. BIBLIOGRAFÍA 1. Barros C, Crosby J.A., Moreno R.D. 1996. Early steps of sperm-egg interactions during mammalian fertilization. Cell. Biol. Int. 20:33-39. 2. Burgos M., Fawcett D. 1955. Studies on the fine structure of the mammalian testis 1. Differentiation of the spermatid in the cat (Felis domestica). J. Biophysic. Biochem. 1:287-313. 3. Chiarini-García H., Hornick J.R., Griswold M.D., Russell L.D. 2001. Distribution of type A spermatogonia in the mouse is not random. Biol. Reprod. 65-.1179-1185. 4. de Kretser D. 1969. Ultrastructural features of human spermiogenesis. Z. Zellforsch. 98:477-505. 5. de Kretser D, Kerr J. 1988. The cytology of the testis. 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Intercellular organelle traffic through cytoplasmic bridges in early spermatids of the rat: Mechanisms of haploid gene product sharing. Mol. Biol. Cel.l 14:2768-2780. 18. Young K.A, Nelson R.J. 2001. Mediation of seasonal testicular regression by apoptosis. Reproduction 122:677-685. 3. EMBRIOLOGÍA DEL APARATO REPRODUCTOR El sexo se define al momento de la fecundación, cuando el espermatozoide participante transporta un cromosoma X o Y. Conociendo que el ovocito contiene un cromosomasexual X, las posibilidades de apareamiento gamético serán XX o XY (Fig. 8), femenino o masculino, respectivamente (3, 4). Figura 8 Cariotipo de un varón XY (izquierda), cariotipo de una mujer XX (derecha). (Adaptado de An Atlas of mammalian chromosomes NSUT, Benerschke. Volumen I, folio 50, 1967. Springer-Verlag. New York Inc. Una vez definido el sexo genético, morfológicamente el embrión progresa en forma indiferenciada durante el desarrollo embriofetal temprano, siendo imposible identificar el sexo gonadal y genital. La gónada indiferenciada se forma durante el desarrollo embrionario temprano, cuando las células germinales migran y colonizan el ribete genital o futura gónada. Aquí la gónada definirá su destino hacia masculino o femenino, según su condición genética y la diferenciación de las células somáticas que acompañan a las células germinales. Teóricamente, las células germinales aseguran su existencia desde la compartimentalización del citoplasma del ovocito y acumulación de concentraciones definidas de una sustancia, el ARN-OSKAR, a nivel del polo vegetal de la célula (5). Esta sustancia sería el llamado «plasma germinal», el cual después de la fecundación se distribuye a los blastómeros, que formarán las futuras células germinales, transportando los genes OSKAR, que definen el destino hacia las células de la línea germinal y, por lo tanto, a la formación de los gametos. La distribución del ARN progresa durante la ovogénesis y continúa en el ovocito fecundado (cigoto), para luego identificarse con las células que corresponden a los elementos de la línea germinal (células que pueden reconocerse por su contenido rico en glicógeno y fosfatasa alcalina); es decir, desde temprano en el desarrollo, las células que heredan parte de este material serán las futuras (CGP). Formación y desarrollo temprano de la gónada En embriones al estado de 4 a 8 células, ya es posible reconocer la presencia de CGP. En estado más avanzado, se reconoce la presencia de las CGP en las paredes del saco vitelino, el cual forma parte de los llamados anexos embrionarios. Desde allí éstas deberán migrar hacia el mesoderma que rodea al alantoides, para avanzar por el mesenterio dorsal hacia la región de la futura gónada; es decir, el epitelio celómico y mesénquima subyacente que cubre al mesonefros en su porción ventro-craneal. Durante la migración de las CGP, éstas proliferan, de modo que a las 8 semanas de gestación, en la gónada en desarrollo existen aproximadamente 600.000 CGP. Control genético del sexo gonadal Durante la década de 1950, se describió la asociación del cromosoma Y con la diferenciación y desarrollo de la gónada hacia un testículo. Se observó que los genotipos XY, XXY o XXXXY desarrollan un fenotipo masculino y que los XX, XO, o XXX presentan un fenotipo femenino. El estudio de la secuencia génica del cromosoma Y permitió describir que éste transporta una secuencia específica determinante testicular, denominado factor determinante testicular (TDF) o gen determinante testicular del cromosoma Y (TDY). Durante la década del 60 se demostró que el TDY se encuentra presente en el brazo corto del cromosoma Y, que es idéntico al antígeno H-Y específico o antígeno de histocompatibilidad. Este antígeno es específico de las células masculinas (XY), aunque también se ha encontrado en machos XX, donde el gen TDY está presente en el cromosoma X de origen paterno, probablemente provocado por una meiosis defectuosa. Adicionalmente, se ha descrito la existencia de hembras XY. Estas hembras carecen de TDY. Posterior a 1971 se describió el gen ZFY, que contiene una secuencia altamente conservada a través de la evolución en mamíferos. Este gen codifica una proteína cuya función sería regular la transcripción, y podría corresponder al gen TDY, participando en el desarrollo de las células germinales masculinas. Con posterioridad a 1990 se determinó que en el sitio de la secuencia génica del TDY, en el brazo corto del cromosoma Y, se encontraba el gen SRY, al que se le atribuye actualmente el desarrollo gonadal hacia la formación de un testículo y, por lo tanto, a fenotipo masculino. Su expresión y regulación es independiente de factores androgénicos endógenos o exógenos. Actualmente, se considera que el gen SRY inicia y desencadena una cascada en la expresión génica que lleva a la gónada hacia la diferenciación masculina (6). El sexo gonadal Estructuralmente, la gónada indiferenciada se encuentra organizada en el blastema gonadal donde las CGP, en asociación con las células somáticas locales, constituyen los cordones sexuales primitivos, que ocupan la totalidad del blastema (Fig. 9). Al colonizar la gónada reciben la influencia de: El epitelio celómico, cuyas células formarán las células de pre-Sertoli (XY) en el hombre o pregranulósicas (XX) en la mujer. Figura 9 Imagen de la gónada indiferenciada. Obsérvese a la derecha el blastema gonadal cubierto por el epitelio celómico y subyacente a él la celularidad del parénquima indiferenciado. A la izquierda se destaca el mesonefros: túbulo mesonéfrico (parte media), conducto mesonéfrico o de Wolff (al centro) y el conducto paramesonéfrico o de Müller (extremo inferior) (100x). Las células del mesonefros o sistema renal en involución. Esto permite a los derivados celulares mesonéfricos transformarse hacia células mesenquimáticas que migran hacia las células germinales primordiales hasta alcanzar una relación estrecha con ellas y constituir las células de pre-Leydig (o pre-Sertoli, según otros investigadores). En general, la estructura genital está programada básicamente para feminizarse. Sin embargo, la presencia del TDY implicaría la diferenciación hacia masculino, como una «oposición» al programa femenino (2). El momento de la diferenciación hacia masculino corresponde a un «tiempo ventana» o «tiempo crítico», en el cual deben aparecer los productos de expresión génica del gen SRY. La ausencia del gen SRY implica una diferenciación posterior, más tardía hacia el sexo femenino. Diferenciación hacia Ovario La diferenciación de la gónada hacia ovario se inicia con la regresión y mesenquimatización gradual del tejido mesonéfrico proveniente de los túbulos mesonéfricos. El mesonefros es el segundo sistema renal que se forma en el embrión humano y participará principalmente en la formación del testículo. La región central de la gónada (futura médula) es invadida por células mesonéfricas (rete intraovárica), desplazando a las células germinales hacia la periferia (futura corteza), donde probablemente reciben la influencia del epitelio celómico que continúa organizando su lámina basal (Fig. 10). Las células germinales son distribuidas uniformemente en verdaderos «nidos» a nivel de la región cortical del ovario. Figura 10 Fotografía de un ovario en diferenciación que muestra la distribución de las CGP asociadas a una monocapa de células somáticas. Se observa un estroma muy celular (100x). En la mujer, la meiosis se inicia al comienzo del período fetal. Estas células se dividirán por mitosis en forma sincrónica, pues están comunicadas por puentes de comunicación intercelulares. Esta es una etapa muy sensible a noxas ambientales, p. ej., radiaciones X. Al rodearse las CGP por una capa de células foliculares primordiales se inicia la meiosis. Esto tiene una profase muy larga y se detiene en la etapa de diploteno. Permanece así hasta el comienzo de la vida reproductiva. El ovocito completa la meiosis sólo después de la fecundación. La meiosis es fundamental para reducir la cantidad de ADN (material genético) que aporta el ovocito a un contenido haploide. Probablemente el inicio de la meiosis es la respuesta a una sustancia inductora de la meiosis (MIS), sintetizada por las células derivadas del mesonefros. Durante el proceso meiótico y luego de haber alcanzado la etapa de diploteno, el ovocito debe interactuar con las células somáticas de sostén o células granulósicas, generando el folículo primordial. Los folículos primordiales conel «ovocito I» detenido en la profase de la primera división meiótica en la etapa de diploteno, permanecen así hasta la pubertad donde, por acción de los cambios hormonales, se inicia el reclutamiento cíclico folicular y su desarrollo hacia folículo maduro preantral. Diferenciación hacia Testículo En el embrión masculino la diferenciación hacia testículo a partir de la gónada indiferenciada (XY), depende de la diferenciación específica de dos líneas celulares: células de Leydig y células de Sertoli, para constituir y coordinar la formación de los cordones testiculares (Fig. 11). Las células de Leydig, productoras de esteroides (testosterona) se encuentran en el intersticio de la gónada, ocupando el compartimento intertubular (entre túbulos). Las células de Sertoli, productoras de la hormona antimülleriana (HAM) constituyen el compartimento tubular, junto con la línea de células germinales que producen los espermatozoides. Aparentemente, en las células de pre-Sertoli, es donde se hace efectiva la expresión del gen SRY, necesario para iniciar la diferenciación testicular, independiente de gonadotrofinas y hormonas esteroidales. En un embrión humano de 14 mm, entre las células de la línea germinal y las de Sertoli, aparecen las primeras uniones estrechas, lo que va generando el epitelio, que se organiza en una red de estructuras cordonales. Estos son los precursores de los cordones testiculares. Los cordones testiculares están formados por los túbulos seminíferos, donde se llevará a cabo, después de la pubertad, la espermatogénesis. Figura 11 Fotografía de un testículo indiferenciado (100x). A medida que progresa el desarrollo y diferenciación, los cordones aumentan en longitud y circunvoluciones. La porción terminal de los cordones testiculares, aún mantiene su relación con el mesonefros a través de la rete-testis. Al inicio de la diferenciación testicular, el epitelio celómico está conectado a los cordones testiculares. Sin embargo, pronto comienza un proceso de retracción de los cordones testiculares, separándose del epitelio celómico. Paralelamente, el epitelio celómico refuerza y da continuidad a su lámina basal. Ambos eventos, permiten la aparición de un tejido conectivo denso subepitelial que va a constituir la túnica albugínea. La túnica albugínea emite prolongaciones de tabicación hacia el interior del testículo en diferenciación, generando la compartimentalización del testículo. En esta organización testicular, las células germinales que ocupan el compartimento intratubular pasan a llamarse espermatogonias, mientras que las células germinales extratubulares degeneran. Tanto las células de Sertoli como las germinales proliferan constantemente durante el desarrollo fetal y neonatal, pero cuando se inicia la espermatogénesis, las células de Sertoli pierden su capacidad proliferativa. En el epitelio seminífero, inicialmente las células de Sertoli son columnares y de forma irregular, con las células germinales entre ellas. Gradualmente su forma irregular se acentúa, generando extensas protrusiones hacia las células vecinas. Este cambio de forma obliga a las espermatogonias a cambiar de posición desde central hacia la periferia del cordón, lo que permite la formación de desmosomas y uniones estrechas inter-Sertoli que en el adulto formarán la barrera hemato- testicular. En el intersticio, las células de Leydig se desarrollan después de iniciada la diferenciación testicular. Durante los estados tempranos del desarrollo, las células de Leydig muestran una tasa proliferativa baja, pero al acercarse a la pubertad comienzan a aumentar su proliferación. Síntesis de esferoides durante el desarrollo embrionario En la especie humana, el ovario fetal secreta esteroides sólo al final del período fetal. Sin embargo, en el varón los esteroides testiculares son responsables de la mantención del crecimiento y diferenciación de los genitales masculinos internos y externos, así como también de la masculinización del sistema nervioso central. Los estímulos para la producción de esteroides son la gonodotrofina coriónica humana (hCG) y LH, aunque en la especie humana parece que la hCG es la responsable directa, dada la aparición creciente de receptores para ella durante este período. Formación y diferenciación de los conductos genitales internos En la formación de los genitales femeninos y masculinos participan los conductos de Müller y Wolff respectivamente. Estos se organizan y desarrollan previo a la formación de la gónada (Fig. 12). Figura 12 Corte transversal de un embrión de seis semanas por la región lumbar, en el cual se observan los cordones sexuales primitivos, los conductos mesonéfricos (de Wolff) y de Müller (paramesonéfrico). En el estado de desarrollo temprano (antes de la quinta semana) debe formarse el sistema holonefrótico, constituido por el pronefros, mesonefros y metanefros, iniciándose en la porción cefálica del mesodermo intermedio. El desarrollo cráneo-caudal de este sistema, permite que en la futura región gonadal, el mesonefros genere contactos tubulares y organización de nefrones transitorios. Luego se continúa a caudal y, antes de abrirse en el futuro seno urogenital (cloaca), emite, por evaginación, la formación del metanefros (futuro riñón verdadero) con la yema ureteral. El segundo sistema renal que se forma en el embrión se llama mesonefros. Éste se forma paralelo a la gónada. Externamente al mesonefros aparece una invaginación del epitelio celómico que va a constituir el conducto de Müller. En un estado inicial, ambos conductos (Wolff y Müller) son tubos rectos tapizados por una lámina epitelial de células planas a cilíndricas. A medida que avanza el desarrollo este epitelio se hace más alto, con un núcleo ubicado en el tercio basal. Paralelo al tejido epitelial en crecimiento, el tejido mesenquimático circundante se ordena en láminas concéntricas alrededor de los conductos. Posteriormente, la diferenciación de los conductos será por la interacción epitelio-mesénquima, donde el mesénquima será el blanco y el mediador para la acción morfogénica de la testosterona y HAM (1). Diferenciación del Conducto de Müller Este proceso de diferenciación ocurre después del tercer mes de edad gestacional, y se considera que el inicio hacia la diferenciación ocurre autónomamente, sin requerir estimulación especial para ella. Se sabe que es un proceso independiente de esteroides (Fig. 13). La porción craneal del conducto mülleriano se desarrollará para constituir el oviducto (trompa de Falopio). La sección media dará origen a la formación del útero, mientras que la parte caudal contribuye al origen del tercio superior de la vagina. La diferenciación uterina comienza simultáneamente con la de las trompas de Falopio, las que se diferencian en tres segmentos: ámpula, infundíbulum e istmo. En la mujer, por falta de testosterona, sólo una parte del conducto de Wolff permanece y contribuye a la organización de los uréteres y a la formación de la vejiga y de la uretra (1). Figura 13 Esquema que muestra el origen de los órganos genitales femeninos internos (en negro): A: Conductos genitales femeninos al final del segundo mes de vida. B: Conductos genitales después del descenso del ovario. (Adaptado de Langman. Embriología Médica; Sadler T. W.; 1996; 277). Diferenciación del Conducto de Wolff La diferenciación y desarrollo del conducto de Wolff es de inicio temprano y requiere de la presencia de testosterona, proveniente del testículo. La sección craneal dará origen al epidídimo, de la parte central derivará el conducto deferente y el segmento caudal formará el conducto eyaculador y las vesículas seminales. Algunos túbulos mesonéfricos conectados con la rete testis son retenidos y formarán los conductillos eferentes (Fig. 14). Figura 14 Esquema que muestra el origen de los órganos genitales masculinos internos (en negro): A: Conductos genitales en el varón en el cuarto mes de desarrollo. B: Conductos genitales después de descender el testículo.(Adaptado de Langman. Embriología Médica; Sadler T. W.; 1996; 276). El conducto epididimario es rodeado concéntricamente por células mesenquimáticas, que luego se diferenciarán en una lámina fina de células musculares lisas. La conexión entre epidídimo y conducto deferente se marca claramente por la aparición de una pared muscular trilaminar. En el varón, el conducto de Müller comienza una regresión inmediatamente después de la diferenciación testicular. Esta regresión depende de las células de Sertoli con la secreción de HAM. La HAM también se asocia como factor inhibidor de la meiosis y posteriormente en la iniciación del descenso testicular (1). Formación y diferenciación de los genitales externos a. Genitales externos masculinos El pene deriva de una estructura llamada tubérculo genital. Éste requiere para su desarrollo de dihidrotestosterona (DHT) y se elonga distalmente arrastrando consigo a los pliegues genitales. Paralelamente, las prominencias genitales se agrandan para dar origen a las bolsas escrotales. Durante el alargamiento del pene, se desarrolla un surco en la superficie caudal que se continúa proximalmente con la estrecha abertura del seno urogenital. Posteriormente, este surco formado por los pliegues genitales se fusiona ventralmente, constituyendo la porción peneana de la uretra. Mientras que la uretra prostática se forma de la parte del seno urogenital entre el cuello de la vejiga y la abertura externa original del seno urogenital. Desde la porción más distal de la uretra prostática nace un cordón celular ectodérmico que se extiende distalmente para encontrarse con la uretra peneana. Luego este cordón se canaliza y permite la continuidad y desembocadura urogenital definitiva. b. Genitales externos femeninos En la mujer, a partir de los genitales externos indiferenciados, el tubérculo genital da origen al clítoris, los pliegues genitales originan los labios menores y las prominencias genitales se convierten en los labios mayores. La abertura original del seno urogenital no experimenta grandes cambios y permanece en su posición original. Sin embargo, su orificio se elonga para formar en conjunto con los labios, el vestíbulo, en el que desembocan la vagina y la uretra. Por lo tanto, en la mujer, la uretra se deriva del seno urogenital y es homologa a la porción prostática de la uretra masculina (1). Cuadro Resumen Estructura embrionaria Varón Gónada indiferenciada Testículo. Corteza Túbulos seminíferos. Médula Rete-testis e hilio. Túbulos mesonéfricos Conductos eferentes, paradídimo Conducto mesonéfrico (de Wolff) Conducto epididimario, deferente, eyaculador y vesícula seminal. Uréter, pelvis renal, cálices y, conductos colectores. Conducto paranesonéfrico (de Müller) Apéndice testicular. Seno urogenital Vejiga, uretra, utrículo prostático, glándulas prostáticas y bulbouretrales. Tubérculo sinusal Colículo seminal. Tubérculo genital Pene, glande del pene, cuerpos cavernosos, cuerpo esponjoso. Pliegues genitales Cara ventral del pene. Prominencias genitales Bolsas escrotales. BIBLIOGRAFÍA 1. Byskov, A., Hoyer, P. 1988. Embriology of mammalian gonads and ducts. In: Knobil, E.; Neill, J. (eds.). The Physiology of Reproduction. New York, Raven Press. pp. 265-302. 2. Chiazze, L. et. al. 1968. The length and variability of the human menstrual cycle. JAMA. 203:377-380. 3. George, R; Wilson, J. 1988. Sex determination and differentiation. In: The Physiology of Reproduction. Knobil, E., Neill, J. (Eds). 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Los eventos que desencadenan la pubertad no se conocen completamente, sin embargo, se cree que estarían regulados genética y ambientalmente. La duración de la adolescencia es variada y, por lo general, se considera entre los 10 y 19 años de edad. Desde el nacimiento hasta la pubertad son pocos los cambios visibles que ocurren en el individuo, debido a que el sistema hipotálamo-hipófisis-gónada se encuentra en un estado de relativo reposo. Durante la pubertad, es posible observar en la mujer un pequeño desarrollo mamario asociado a un crecimiento de los ovarios. En el hombre, los cambios a nivel testicular y de los genitales accesorios constituyen los primeros signos visibles del comienzo de la pubertad (17). En la adolescencia se desarrollan los caracteres sexuales secundarios que son diferentes en el hombre y la mujer. Por ejemplo, el tono de voz, los ciclos reproductivos y las características externas típicamente masculinas o femeninas. En general, la secuencia de aparición de eventos es un crecimiento corporal acelerado, desarrollo mamario, adrenarquia, gonadarquia y menarquia. Las hormonas involucradas en el desarrollo de estos caracteres sexuales secundarios tienen dos vías de origen, uno de tipo suprarrenal y otro del eje hipotálamo- hipófisis-gónada (22, 29). Durante la infancia, la ausencia de los caracteres sexuales secundarios se debe principalmente a una alta sensibilidad del eje hipotálamo-hipófisis-gónada a los esteroides gonadales. Estas características se mantienen así hasta la prepubertad. En la infancia el eje es 6 a 15 veces más sensible a los esteroides gonadales que en el adulto. Así, los niveles bajos de esteroides gonadales durante la infancia son suficientes para inhibir el funcionamiento del eje (7, 30, 31). Como consecuencia de lo anterior, los niveles de gonadotrofinas en este período son bajas y se mantienen constantes durante las 24 horas del día, no registrándose diferencias sustanciales entre los períodos de vigilia y de sueño. A medida que se avanza en la adolescencia, es posible distinguir la aparición de tres eventos importantes: 1. La adrenarquia o inicio de la secreción androgénica de origen adrenal. 2. La «maduración» del eje hipotálamo-hipófisis-gónada. Se produce la disminución de la sensibilidad del eje hipotálamo-hipófisis-gónada a los esteroides gonadales, (5). Se desencadena el inicio de la producción de GnRH, con un aumento consecuente en la secreción de gonadotrofinas. 3. La gonadarquia o aumento en la secreción de esteroides gonadales. La adrenarquia Este proceso se caracteriza por un aumento progresivo de las concentraciones plasmáticas de ciertas hormonas de origen suprarrenal: la deshidroepiandrosterona (DHEA), sulfato de deshidroepiandrosterona (DHEA- S) y androstenediona. La secreción aumentada de estas hormonas se inicia alrededor de los 6-7 años y se prolonga hasta los 13-15 años (6, 13). Al inicio de la pubertad, la secreción de estas hormonas es similar en ambos sexos, pero alrededor de los 9 años, ésta comienza a ser mayor en la mujer. Los andrógenos suprarrenales después de ser secretados, son transformados a androstenediona, testosterona y estradiol. Los andrógenos se convierten en los tejidos periféricos a DHT, un compuesto de gran potencia androgénica, responsable de los caracteres sexuales secundarios; específicamente del desarrollo del vello púbico y axilar. La maduración del eje hipotálamo-hipófisis Éste es un proceso que depende del sistema nervioso central y se caracteriza por una progresiva disminuciónde la sensibilidad hipotalámica-hipofisiaria a la acción de la retroalimentación negativa de las hormonas gonadales y por el establecimiento de los mecanismos de retroalimentación positivo de los estrógenos y la testosterona sobre el complejo hipotálamo-hipófisis, que inicia en la mujer los ciclos reproductivos y en el hombre la producción de espermatozoides. Hasta hace unos años atrás se sabía que el evento fundamental que conducía al inicio de la pubertad era la activación del eje hipotalámico-hipofisiario-gonadal, pero los mecanismos involucrados en dicha activación eran poco claros. Hoy en día se sabe que las principales hormonas involucradas en la activación de dicho eje y, por tanto, en el inicio a la pubertad son principalmente: la hormona del crecimiento (15); la leptina, hormona proteica liberada desde el tejido adiposo (9); y la kispeptina, hormona proteica expresada en el hipotálamo (25, 12). Recientes investigaciones indican que las proyecciones de las neuronas kispeptinérgicas controlan la secreción pulsátil de GnRH y, además, se ha descubierto que este control también involucra a la hormona leptina (25, 12). A medida que la pubertad se acerca, la leptina es liberada en mayor proporción desde el tejido adiposo, ocasionando esto un incremento en la expresión de kispeptina a nivel hipotalámico. El alza en el nivel de kispeptina produciría en las neuronas productoras de GnRH un aumento en los pulsos de secreción de esta hormona hacia la hipófisis (25, 12). La estimulación de GnRH sobre la adenohipófisis ocasiona que ésta libere las gonadotrofinas FSH y LH, las cuales comienzan a ejercer sus efectos a nivel gonadal (27), produciendo un aumento en la biosíntesis de las hormonas esteroidales sexuales, entre otros cambios (21; 27). Una de las principales consecuencias de la pubertad a nivel reproductivo es la gonadarquia, evidenciada ésta por la activación del mecanismo ovulatorio en las niñas y la maduración testicular en los varones. En general, la maduración del eje se caracteriza por: 1. Secreción en aumento, de las gonadotrofinas (LH y FSH). Durante el inicio de la pubertad, en la mujer, aumentan los niveles de FSH, siendo éstos superiores a los de LH. A medida que se avanza hacia el final de la pubertad los niveles gonadotróficos se mantienen elevados pero la relación entre ambas gonadotrofinas se invierte, siendo mayor la secreción de LH. Esto se mantiene durante la vida reproductiva. En la menopausia la razón FSH/LH nuevamente se invierte, haciéndose mayor que 1. En el hombre también existe un aumento en la secreción de gonadotrofinas durante la pubertad. Se ha comprobado que este aumento responde a una disminución de la retroalimentación negativa gonadal y también se debe a los cambios que ocurren en el hipotálamo (30). 2. El establecimiento del ritmo de secreción vigilia-sueño. Es decir, durante el día los niveles de LH y FSH registrados son muy similares a los del período prepuberal, mientras que durante las horas de sueño se evidencia un pulso de secreción episódico mayor de estas gonadotrofinas, con niveles dos a cuatro veces más elevados en estas horas (3, 29) (Fig. 15). El hecho de que estas hormonas se secreten en forma pulsátil, demuestran que la liberación del GnRH por parte del hipotálamo también es pulsátil (29). Esta pulsatilidad, con una frecuencia y concentraciones dentro de ciertos límites, es muy importante para la secreción normal de las hormonas gonadotróficas y gonádicas, según ya se han explicado. En la mujer, los ciclos menstruales normales requieren del mantenimiento de la liberación pulsátil de GnRH dentro de una amplitud crítica (18). En la fase folicular temprana del ciclo menstrual, los pulsos de LH (y presumiblemente los de GnRH) son más frecuentes y de menor amplitud comparados con los de la fase lútea y se piensa que esta frecuencia aumentada trae consigo un aumento en la secreción de estradiol por parte del ovario (19). Gonadarquia Como consecuencia del aumento de los niveles plasmáticos de LH y FSH, en la mujer se provoca un crecimiento de los folículos ováricos que comienzan a secretar cantidades crecientes de estradiol. Las cantidades de estradiol plasmático aumentan progresivamente y son acompañadas de la maduración de los caracteres sexuales secundarios. El aumento en los niveles de estradiol durante la pubertad tardía, activa el mecanismo de retroalimentación positivo a nivel del sistema hipotálamo-hipofisiario con la consiguiente producción de la cúspide de LH y FSH, para determinar la ovulación en la mujer. Este proceso llevará, por primera vez en las etapas de la vida de la mujer, a la formación del cuerpo lúteo, que produce progesterona, un evento característico de la segunda fase del ciclo menstrual. Cuando las concentraciones plasmáticas de las hormonas ováricas alcanzan un nivel que les permite provocar una proliferación suficiente del endometrio, ocurre el primer flujo menstrual o menarquia. La edad de la menarquia depende de factores genéticos, socioculturales, geográficos, económicos, nutricionales, entre otros (1, 31). Existe una correlación entre la edad de la menarquia entre madres, hijas y hermanas (20). También se ha observado que el mejoramiento de los estándares nutricionales y de vida ha provocado una maduración sexual más temprana (Fig. 16). Figura 15 Ontogenia de la secreción de LH. En la sección inferior se muestra el patrón de secreción en la pubertad. En la sección media y superior se observa la secreción de LH con diferencias entre vigilia y sueño. En niñas hispánicas se ha observado que la edad de aparición de la menarquia es de alrededor de los 13 años. Por otra parte, la edad promedio de aparición de la menarquia en niñas norteamericanas es de 12,8 años con una variación entre los 9 y los 18 años (4, 20, 28). Figura 16 Diagrama de la disminución en la edad de la menarquia, desde 1840. Los estrógenos en la mujer son responsables de: 1. El desarrollo y actividad funcional de los órganos genitales accesorios: útero, trompas de Falopio, vagina y vulva. 2. El desarrollo y funcionamiento de las mamas, estimulando el crecimiento de los conductos glandulares. 3. Influir en el crecimiento del vello púbico y axilar. 4. Modificar la distribución del tejido adiposo, y de la adquisición del contorno femenino dependiente de los estrógenos. 5. Influir directa o indirectamente en el comportamiento característico de la mujer. 6. Favorecer el almacenamiento de agua y electrólitos. 7. Participar en la pigmentación del pezón y areola mamarios. En el hombre, los cambios anatómicos y funcionales de la pubertad son consecuencia del aumento de los andrógenos (DHT y testosterona), provocado esto por el aumento en los niveles de LH y FSH. Como los andrógenos testiculares dependen de los niveles de gonadotrofinas circulantes, al igual que ellas, se encuentran en niveles bajos durante la infancia, pero más altos en los varones que en las niñas. Durante la pubertad los niveles de testosterona comienzan a aumentar en los varones (8), presentando también una secreción pulsátil en este período, hasta alcanzar los niveles normales de un adulto durante la pubertad tardía (Fig. 17). Esta elevación es responsable, en el hombre del inicio de la producción de espermatozoides y de la capacidad de secretar de las glándulas accesorias (próstata y vesículas seminales) lo que se manifiesta a través de las primeras eyaculaciones. La presencia de espermatozoides maduros en el semen se obtiene generalmente entre los 12 y 15 años. Figura 17 Esquema de la producción de testosterona en el varón desde el nacimiento a la adultez. Los andrógenos: 1. Estimulan el crecimiento del pene, del escroto, de la próstata, vesículas seminales, glándulas de Cowper y epidídimo. 2. Estimulan el crecimiento del vello púbico y axilar y dan origen a la distribución masculina del pelo de la cara, abdomen y extremidades. 3. Son determinantes de la conducta masculina. 4. Estimulan la potencia y el impulso sexual. 5. Causan voz grave,por engrosamiento de las cuerdas vocales. 6. Estimulan el crecimiento y desarrollo de los músculos. Otras hormonas que se asocian con el inicio de la pubertad Prolactina: es una hormona que se ha visto asociada al aumento de los niveles estrogénicos y a la maduración del sistema hipotálamo-hipofisiario durante el período puberal. Sus niveles elevados en el nacimiento, disminuyen sucesivamente durante la infancia, permaneciendo bajos y presentando luego un ligero e irregular aumento hacia los 8 años. Hormona del crecimiento (GH): es liberada por la adenohipófisis y se encuentra relacionada con los fenómenos normales del crecimiento producidos en la pubertad y en la adolescencia. La liberación de la GH durante el período prepuberal es episódica (16) y se produce solamente durante las horas de sueño. En la pubertad sigue siendo pulsátil pero se extiende a las horas de vigilia y posteriormente su secreción va disminuyendo pero conserva su patrón de secreción pulsátil. Durante la pubertad tanto en el hombre como en la mujer, se verifica un aumento de la velocidad de crecimiento corporal. Este crecimiento rápido señala la iniciación de los procesos de desarrollo físico que se acompañan con la maduración en la edad puberal y de la adolescencia (23, 24). El crecimiento en las niñas empieza con anterioridad al de los hombres. En las niñas se inicia entre los 11 a 12 años mientras que en los hombres se produce entre los 13 y 14 años. En las niñas, la cúspide de crecimiento ocurre alrededor de dos años después de la aparición del brote mamario y un año antes de la menarquia, lo que indicaría que el estradiol (principal estrógeno) también se encuentra involucrado en este proceso (2, 11). Por lo tanto, el crecimiento en este período involucra la acción conjunta de la GH y la presencia de esteroides sexuales, tanto en niñas como varones. Además, se sabe que en la detención del crecimiento, lo que ocurre alrededor de los 20 años, intervienen las hormonas sexuales. Una vez que el joven ha pasado la edad de la cúspide del crecimiento se inicia el desarrollo de los caracteres sexuales secundarios. Estadios de cambios puberales en la adolescencia Crecimiento corporal El crecimiento se ha dividido en tres estadios: Pubarquia (desarrollo del vello pubiano y axilar) (10, 14, 23) Tanner clasificó el crecimiento del vello pubiano en estadios de desarrollo (Fig. 18). Figura 18 Esquema que muestra el desarrollo del vello púbico en la mujer de acuerdo a los estadios de Tanner. Desarrollo del vello axilar Este rasgo aparece en forma más tardía (de seis meses a un año) con respecto a la iniciación de la pubarquia. Su desarrollo completo se registra un año más tarde. La aparición es similar al del vello púbico, lisos en un comienzo, luego se van pigmentando haciéndose rugosos y rizados. Estadio Características 1 Ausencia de vello axilar. 2. Algunos rastros de vello axilar. 3. Cantidad y distribución del vello axilar, típicos de la edad adulta. Telarquia (desarrollo de las mamas) El desarrollo mamario (Fig. 19) es el primer signo de inicio puberal, este desarrollo puede presentarse en una forma asimétrica en la niña, lo cual se corrige hacia el final de la pubertad. Para este desarrollo se requiere de la interacción de varias hormonas entre las cuales se encuentran los estrógenos, que permiten la división de las células germinales epiteliales mamarias, la prolactina, que permite una diferenciación final de la célula láctea y la progesterona, que actúa sinérgicamente con el estradiol y es, sobre todo, la responsable del desarrollo de la estructura glandular (26). La presencia de un desarrollo de la glándula mamaria en el hombre, proceso llamado ginecomastia, puede presentarse en un tercio de los adolescentes. Este desarrollo puede presentarse entre los estados de Tanner 2 y 4. Cuando se encuentra en un nivel inferior a 3 el crecimiento mamario retrocede espontáneamente. Estadio Rango mujer (años) Características 1 0-15 Mama preadolescente, se observa una ligera elevación del pezón. En la mujer el diámetro de la aréola mamaria es de alrededor de 12 mm. 2 8,5-15 Estado del botón mamario. La masa glandular se hace más consistente y el pezón más prominente. El diámetro del botón mamario es de alrededor de 23,5 mm. 3 10-15 Se produce un mayor ensanchamiento de la areola con bordes más difusos. La mama se desarrolla y la masa glandular se extiende más allá del perímetro areolar. 4 10-17 Continúa el crecimiento de la mama. Se produce la elevación de la aréola y pezón por sobre el nivel de la mama. 5 12,5-18 Mama con características adultas. La aréola es pigmentada con un diámetro de 33-40 mm. El pezón se hace saliente y posee una base de implantación inferior de 10 mm de diámetro. Figura 19 Esquema que muestra el desarrollo mamario en la mujer de acuerdo a los estadios de Tanner. Desarrollo peneano y testicular El desarrollo peneano se ha dividido en 5 estadios (Fig. 20-21): En promedio el tiempo de aparición de todos los eventos anteriormente mencionados abarca un período de 4,5 años (rango entre 1,5 y 6 años) y cada estadio se presenta dentro de un rango normal. Las figuras 20 y 21 muestran el rango de aparición de algunas características sexuales secundarias. Figura 20 Esquema de la secuencia de eventos durante la pubertad masculina. Figura 21 Esquema que muestra la edad a la cual se alcanzan los estadios puberales en la mujer, desarrollo mamario (M), desarrollo del vello púbico (VP) y crecimiento corporal acelerado (CCA). BIBLIOGRAFÍA 1. Abioye-Kuteyi E.A. et al. 1997. 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