Morfofisiología del epidídimo y de los espermatozoides de la rata Wistar posterior a la saciedad sexual

1. Introducción

Antes de referirnos a la saciedad sexual es conveniente recordar algunos aspectos de la conducta sexual masculina de la rata. Los machos presentan, de forma estereotipada, tres patrones motores durante la cópula, identificados como monta, intromisión y eyaculación. Durante el patrón de monta, con sus extremidades anteriores el macho palpa los flancos de la hembra y ejecuta movimientos pélvicos hacia adelante y hacia atrás sobre la grupa femenina. El patrón de intromisión inicia como el de la monta, distinguiéndose de ella porque el último de los movimientos pélvicos es profundo y se asocia con la inserción del pene erecto en la vagina. Inmediatamente sigue la brusca desmonta hacia atrás (Pollak y Sachs, 1976). Es muy común observar el acicalamiento genital tras las intromisiones. Después de varias montas e intromisiones intercaladas ocurre el patrón de eyaculación, caracterizado por el movimiento pélvico más profundo y sostenido que el de la intromisión, y se asocia con la deposición de semen en la vagina. Posteriormente, el macho eleva la porción superior del cuerpo, extendiendo lateralmente las extremidades anteriores. Finalmente se desmonta de manera lenta y se acicala la región genital (Larsson, 1956).

2. Particularidades de la eyaculación

La eyaculación se define como una respuesta fisiológica sexual masculina (Eguibar y col., 2013); se trata de la salida vigorosa del fluido seminal por el meato urinario (Lucio y col., 2014). Se lleva a cabo en dos fases: la emisión seminal y la expulsión seminal. La emisión consiste en una serie de pasos:

1) la confluencia de las secreciones provenientes de las glándulas sexuales accesorias (próstata, vesículas seminales y glándulas coagulantes) en la uretra prostática; 2) transporte de los espermatozoides contenidos en la cauda epididimaria hacia la uretra prostática, por medio de contracciones de los conductos deferentes (órganos con capas de músculo liso con disposición circular y longitudinal, para intensificar la contracción y con ello promover el transporte de los espermatozoides) y 3) cierre del cuello de la vejiga urinaria y del esfínter externo de la uretra para evitar la eyaculación retrógrada (Eguibar y col., 2013; Lucio y col., 2014).

El sistema nervioso autónomo regula la emisión; el somático, la expulsión (Eguibar y col., 2013). Ésta comprende la salida brusca del fluido seminal (espermatozoides y secreciones glandulares) por el meato urinario, producida por contracciones rítmicas del músculo liso de la uretra y de los músculos estriados del periné, que incluyen al isquiocavernoso y al bulboesponjoso (Eguibar y col., 2013; Lucio y col., 2014). Después de la primera eyaculación, el macho presenta el intervalo post-eyaculatorio cuya duración es, aproximadamente, de 10 minutos, en los cuales permanece sin actividad sexual (Eguibar y col., 2013). En la rata, la mayor parte del plasma seminal del eyaculado se endurece, formando el tapón seminal (Blandau, 1945), que al adherirse fuertemente a las paredes vaginales y al cérvix favorece el transporte espermático transcervical. Dicho transporte ocurre durante los primeros cinco minutos después de la eyaculación (Matthews y Adler, 1977).

El intervalo post-eyaculatorio impide al macho retirar su propio tapón seminal antes de que ocurra el transporte de los espermatozoides que previamente depositó. La remoción del tapón por otro macho en menos de cinco minutos posterior a la eyaculación interrumpe el transporte espermático, resultando en la mínima o nula cantidad de espermatozoides transportados al útero (Matthews y Adler, 1977; Lucio y col., 2014). Cuando ocurre la inserción del pene en la vagina, las espinas del pene se enganchan en el tapón seminal, de modo que al retirar el pene, el tapón se desprende de las paredes vaginales y del cérvix, y se acerca al orificio vaginal. Bastan de tres a cuatro intromisiones para retirar el tapón seminal de la vagina.

3. Saciedad sexual masculina

La saciedad sexual empezó a estudiarse desde el punto de vista conductual (Larsson, 1956; Beach y Jordan, 1956), luego desde la perspectiva neuroendocrinológica y farmacológica (Rodríguez y Fernández, 1994; Fernández-Guasti y Rodríguez-Manzo, 2003) y recientemente se ha abordado con un enfoque ecofisiológico, es decir, considerando la influencia del medio ambiente sobre la conducta y la fisiología reproductiva, por lo que abarca no sólo las respuestas de un organismo en su entorno, sino también a su fisiología (Tlachi y col., 2012; Lucio y col., 2014).

Los machos de muchas especies presentan saciedad sexual que no se debe a la fatiga física del individuo, ya que su actividad motora es similar a la de los sujetos no saciados sexualmente, más bien responde a la pérdida de motivación sexual hacia la hembra (Larsson, 1956; Phillips y Fernández, 2009). La saciedad sexual puede alcanzarse por la cópula repetida con la misma o diferente hembra. Algunos machos realizan mínimo cinco (Fernández- Guasti y Rodríguez-Manzo, 2003) y máximo 18 eyaculaciones (Tlachi y col., 2012). Los cambios que se observan conforme avanzan las series eyaculatorias son disminución en el número de intromisiones, incremento en la latencia de eyaculación y aumento en la duración del intervalo post-eyaculatorio (Larsson, 1956; Beach y Jordan, 1956; Rodríguez-Manzo y Fernández-Guasti, 1994).

4. El efecto Coolidge

Como se mencionó, la saciedad sexual masculina obedece a la pérdida de motivación sexual por copular con la misma hembra, de ahí que el hecho de reemplazarla incita nuevamente al macho. Tal sustitución representa un estímulo novedoso tan efectivo, que restaura la conducta copulatoria que incluye la eyaculación. Esto significa que el restablecimiento conductual copulatorio es completo, ya que abarca los patrones motores de monta, intromisión y eyaculación (Larsson, 1956; Beach y Jordan, 1956; Rodríguez-Manzo y Fernández-Guasti, 1994; Phillips y Fernández, 2009). La reanudación copulatoria con hembras distintas se conoce como efecto Coolidge (Wilson y col., 1963).

Este término fue utilizado por primera vez por Wilson y col.,. (1963) y proviene de una anécdota de uno de los ex presidentes de Estados Unidos (Calvin Coolidge). Se dice que un día el presidente y su esposa visitaron una granja avícola; a la señora Coolidge le llamó la atención que uno de los gallos copulara repetidamente, por lo que le preguntó al encargado de la granja cuántas veces al día copulaba ese macho. La respuesta fue: decenas de veces. Ella pidió que se comunicará el hecho al presidente. Cuando Calvin Coolidge fue informado sobre la conducta del gallo, preguntó: ¿el macho copula todas las veces con la misma gallina? La respuesta fue: no, el gallo lo hace con diferentes gallinas cada vez. El presidente asintió con la cabeza y dijo: por favor, dígale eso a la señora Coolidge (Bermant, 1976).

5. Expulsión seminal en las cópulas posteriores a la saciedad sexual

Se mencionó anteriormente que los machos sexualmente saciados durante el efecto Coolidge reanudan la cópula hasta la eyaculación con una hembra distinta. ¿Significa que expelen semen? Nuestro grupo ha demostrado que las ratas macho saciadas sexualmente con efecto Coolidge no expelen semen al presentar el patrón eyaculatorio, tal como se constata con la revisión de los conductos reproductivos femeninos. En efecto, Tlachi y col., (2012) y Lucio y col., (2014) describen gráficamente que no hay fluido seminal en los cuernos uterinos ni tapón seminal en la vagina, lo que evidencia que el patrón motor de eyaculación es independiente de la respuesta genital de expulsión seminal. Cabe mencionar que inmediato a la saciedad sexual, 88% de los machos presentan el efecto Coolidge, reanudando la actividad copulatoria.

Los machos saciados sexualmente mantienen en la cauda del epidídimo 44% de espermatozoides respecto de la cantidad encontrada en las ratas macho no saciadas sexualmente (Tlachi y col., 2012). De modo que los saciados tienen espermatozoides para seguir expeliendo, quizás no lo hacen porque las secreciones de las glándulas sexuales accesorias están ausentes. Se menciona que el eyaculado se compone de 1% de espermatozoides y 99% de plasma seminal; además, se ha evidenciado que en las eyaculaciones sucesivas disminuye el peso y tamaño del tapón seminal hasta desaparecer, lo que significa que las secreciones de las vesículas seminales y las glándulas coagulantes disminuyen hasta la nimiedad (Pessah y Kochva, 1975, Tlachi y col., 2012). Si no hay secreciones glandulares no hay plasma seminal, lo que impide el transporte de los espermatozoides por la uretra hasta su salida por el meato uretral. Por otro lado, se sabe que los espermatozoides que se encuentran en la cauda epididimaria son los que se eyaculan; su transporte hasta la uretra prostática, durante la emisión seminal, está influenciado por mecanismos neuroendocrinos y quizás también por la presión ejercida debida a la gran concentración de espermatozoides ahí contenida, lo que permite la confluencia de los espermatozoides epididimarios con el plasma seminal para formar el semen que será expulsado durante la eyaculación.

6. Restablecimiento de la conducta copulatoria y del eyaculado posterior a la saciedad sexual

Se dice que la conducta copulatoria está restablecida en las ratas macho saciadas sexualmente cuando los valores de los parámetros son similares a aquellos de los no saciados (Larsson, 1956). También se indica restablecimiento copulatorio cuando los machos despliegan al menos cinco series eyaculatorias consecutivas, lo que sucede hasta los 15 días posteriores a la saciedad sexual. Incluso, logran desplegar ocho series, a los 18-21 días subsiguientes (Beach y Jordan, 1956).

La mayoría de las ratas macho que reanudan la cópula inmediatamente después de alcanzar la saciedad sexual, realizan de una a tres series eyaculatorias (Hsiao, 1969). Sin embargo, 33% de las ratas macho ejecutan sólo una a las 24 horas de saciarse; 63% a los tres días y el 100% a los siete días (Fernández-Guasti y Rodríguez-Manzo, 2003). Es importante señalar que todos estos porcentajes se basan exclusivamente en el cumplimiento del patrón motor de eyaculación, sin verificar la presencia de eyaculado en los conductos femeninos.

Se sostiene que los machos son conductualmente potentes cuando fisiológicamente también lo son (Dewsbury, 1982); no obstante, esta idea es equivocada, ya que hay evidencia de que aquellos que realizan de seis a ocho series eyaculatorias tienen eyaculados con muy pocos espermatozoides y tapones seminales muy pequeños (Austin y Dewsbury, 1986).

En cuanto a la eyaculación, es común considerar que la emisión seminal debe preceder a la expulsión seminal, es decir, que la estimulación de la uretra prostática producida por la presencia de secreciones glandulares sexuales induce la segunda fase de la eyaculación. Sin embargo, la administración de monosulfato de guanetidina, que evita la emisión seminal, no incide en la ejecución del patrón eyaculatorio ni altera la actividad de los músculos bulboesponjosos, cuya contracción es requerida durante la emisión seminal (Holmes y Sachs, 1991). Este hallazgo indica que la estimulación uretral no es necesaria para provocar los patrones motores rítmicos asociados con la respuesta eyaculatoria durante la cópula (Holmes y Sachs, 1991). Las ratas macho sexualmente satisfechas pueden ser consideradas como un modelo natural a la evidencia de que la aparición de emisión seminal no es crítica para efectuar el patrón motor de eyaculación.

El costo fisiológico de la cópula repetida repercute en el eyaculado e implica la disminución drástica del peso y tamaño del tapón seminal, aunado a la ausencia de espermatozoides. La repercusión de copular hasta la saciedad sexual abole toda expulsión (Tlachi-López y col., 2012; Lucio y col., 2014), que se debe a la falta de secreciones de las glándulas sexuales accesorias (Pessah y Kochva, 1975; Purvis y col., 1986), sumada a la disminución drástica en la concentración de espermatozoides en el epidídimo (Austin y Dewsbury, 1986; Toner y Adler, 1986; Tlachi-López y col., 2012). Por lo tanto, es de esperar que el eyaculado se restablezca gradualmente. De hecho, nuestro grupo encontró que a los cinco días post- saciedad, los machos realizan el patrón motor de eyaculación sin lograr expeler semen (Lucio y col., 2014).

El eyaculado de esos mismos machos, probado a los 10 días post- saciedad, consiste en un tapón seminal de características físicas (peso y tamaño) similares al de los no saciados sexualmente, aunque el tapón no se adhiere a las paredes vaginales ni al cérvix. Esta falta de adhesión evita el transporte espermático transcervical, provocando que los espermatozoides permanezcan en la vagina (Lucio y col., 2014). La fijación del tapón seminal depende de las secreciones de la próstata (Tlachi-López y col., 2011), lo que hace suponer que la recuperación de la secreción prostática es más lenta que la de las seminales y coagulantes implicadas en la formación del tapón.

Dicha recuperación completa de las secreciones de las glándulas accesorias parece ocurrir a los 15 días después de la saciedad, cuando los tapones seminales están fuertemente adheridos a la vagina y facilitan el transporte de los espermatozoides. No obstante, su concentración representa una cuarta parte de la concentración espermática normal, esto es, alrededor de 6 millones de espermatozoides en lugar de 20-25 millones (Lucio y col., 2014). Como ya se dijo, estos machos realizaron una serie eyaculatoria a los cinco, 10 y 15 días post-saciedad; de manera interesante, en los que eyacularon una vez hasta los 15 días después de la saciedad la concentración espermática fue de 15 millones (Lucio y col., 2014). Lo anterior indica que el plasma seminal, provisto por las distintas glándulas sexuales accesorias, se recupera antes que la concentración espermática, en la que se involucran el testículo y el epidídimo (Lucio y col., 2013).

7. El epidídimo y los espermatozoides

El epidídimo es un órgano de tipo compacto microtubular (de acuerdo con el criterio anatómico), de ahí que se conozca también como conducto epididimario y se divide en cuatro o más segmentos, según la especie (Setchell y col., 2006; García-Lorenzana y col., 2007; Cornwall, 2009). En términos generales, para la mayoría de los mamíferos se acepta la existencia de cuatro regiones anatómicas: el segmento inicial, el caput, el corpus y la cauda del epidídimo (Setchell y col., 2006). En este trabajo concentramos nuestra atención en el caput, el corpus y la cauda, por ser las regiones conspicuas y claramente definidas anatómicamente. El caput está revestido de epitelio cilíndrico pseudoestratificado con microvellosidades, en tanto que el corpus y la cauda presentan epitelio columnar simple con microvellosidades.

En el epitelio del epidídimo se presentan distintos tipos celulares: principales, basales, apicales, estrechas, claras y halo (fig. 1). Algunos de ellos se encuentran en todas las regiones anatómicas del epidídimo (por ejemplo, las células principales), en tanto que otros son característicos de una región (por ejemplo, las células estrechas se encuentran principalmente en el segmento inicial) (Setchell y col., 2006; Payal y col., 2011).

Figura 1. Fotomicrografías de cortes transversales de: A) caput, B) corpus y C) cauda del epidídimo de rata. Se observan los diferentes tipos celulares, en los que se nota la basofilia y acidofilia. Las letras representan los tipos celulares: P: principales, B: basales, A: apicales, C: claras y H: halo (H-E, barras y aumento original: 500 μm y x400).

Las células principales se encargan de absorber fluidos que provienen del testículo y secretan proteínas, serotonina, prostaglandinas, aminoácidos, carbohidratos, lípidos y electrolitos, además de intervenir en la conversión de testosterona a dihidrotestosterona, reacción catalizada por la enzima 5-alfa-reductasa (Sullivan y col., 2007). Las células basales controlan la secreción de electrolitos desde las células principales, mediante la liberación paracrina de prostaglandina-E2. Las células apicales y estrechas participan en la acidificación del fluido seminal, mientras que las células claras son endocíticas y pueden ser responsables de la depuración de proteínas del lumen. Las funciones inmunológicas están relacionadas con las células halo, ya que se ha demostrado por inmunocitoquímica que éstas son linfocitos T o macrófagos, de acuerdo con las condiciones de actividad reproductora.

La diversidad morfofuncional de los tipos celulares del epitelio determina las condiciones necesarias para que los espermatozoides alcancen su maduración, adquieran su motilidad, así como su habilidad para reconocer, fusionarse al ovocito y fecundarlo (Setchell y col., 2006; Sullivan y col., 2007).

Es importante enfatizar que la distribución, proporción y funciones de los tipos celulares descritos difiere entre los distintos segmentos del epidídimo. Esta situación genera dominios microambientales que proveen a los espermatozoides de diferentes condiciones (nutrientes, iones y compuestos químicos) que mantienen la sobrevivencia espermática conforme recorren el órgano (Setchell y col., 2006). En el epitelio epididimario se presentan diferentes tipos de uniones: ocluyentes, adherentes y comunicantes, que permiten la conformación de una barrera hemato-epididimaria, la cual además de proteger a los espermatozoides de los efectos adversos asociados con la ingesta o uso de fármacos, drogas y otros compuestos nocivos que pudieran provenir de la dieta, previene el contacto directo de las células inmunológicas con los espermatozoides, evitando así la destrucción autoinmune de los mismos (Setchell y col., 2006; Cornwall, 2009; Payal y col., 2011).

Además del tejido epitelial, la pared del epidídimo tiene una capa media constituida por células mioides y una capa externa denominada adventicia, formada por tejido conectivo laxo (Setchell y col., 2006). En el órgano maduro, la sustancia fundamental intersticial del tejido conectivo (con sus componentes moleculares: agua, iones y proteoglucano) participa como barrera que limita la difusión de moléculas de los vasos sanguíneos que ahí se encuentran hacia el tejido epitelial (Sullivan y col., 2007).

Por otro lado, el intersticio posee un elemento celular constituido por células de los linajes nervioso, neuroendocrino, vascular y fibroblástico que proveen inervación, aporte nutricional (a través de los vasos sanguíneos) y participan activamente en el control de los procesos locales de secreción, absorción y remodelación de los componentes fibrilares y de la matriz extracelular. Mención especial merecen los mastocitos, células provenientes de la médula ósea, particularmente abundantes en el epidídimo y que al parecer están involucrados en los procesos de remodelación tisular que ocurren durante el ciclo de involución-recrudescencia que se presenta en el testículo y epidídimo de los mamíferos con reproducción de tipo estacional (Setchell y col., 2006; Cornwall, 2009; Amann y col., 1993).

Es importante destacar que el tiempo que los espermatozoides requieren para recorrer la extensión céfalo-caudal del epidídimo varía entre especies, en la rata es de entre ocho y 12 días, dependiendo de la cepa. Cabe recordar que la principal fuerza de propulsión de los espermatozoides dentro de la luz del epidídimo es de origen neuromuscular, supeditada a las contracciones rítmicas espontáneas generadas en la pared del epidídimo en respuesta a los andrógenos, la modulación intrínseca de las neuronas, la actividad nerviosa del hipogástrico y a la acción de diversos neurotransmisores sobre las células mioides del epidídimo (Sullivan y col., 2007; Setchell y col., 2006; Robaire y col., 2006). Es por ello que los espermatozoides que se eyaculan son aquellos que se encuentran en el epidídimo, particularmente en la cauda (Setchell y col., 2006). Cuando abandonan el testículo, aún no son capaces de fertilizar al ovocito, adquieren esta capacidad durante su paso por el epidídimo, proceso en el que son necesarios los andrógenos, responsables de mantener la estructura y función del epidídimo (Robaire y Hamzeh, 2011; Seenundun y Robaire, 2007). Inmediato a la saciedad sexual, la testosterona sérica aumenta significativamente; sin embargo, se restablece al nivel basal 24 horas después de la saciedad (3.97±1.03 ng/ml) (Bonilla y col., 2006), y así se mantiene a las 48 h (2.03±0.28 ng/ml), 72 h (3.80±0.86 ng/ml) y siete días post-saciedad sexual (2.28±0.37 ng/ml) (Romano y col., 2006). Se desconoce si el epidídimo sufre cambios morfológicos, así como los niveles de testosterona local posterior a la saciedad sexual (Robaire y col., 2007; Hamzeh y Robaire, 2009).

8. Maduración espermática epididimaria

En el epidídimo ocurre la maduración espermática, que se define como los cambios morfológicos, fisiológicos y bioquímicos que suceden en los espermatozoides, y que les confieren la capacidad para llevar a cabo la reacción acrosomal y fertilizar al ovocito. La maduración espermática se logra cuando acontece la migración de los espermatozoides desde el caput hasta la cauda del epidídimo (Cooper y Ching, 2006); entre los cambios que ocurren se encuentra la movilidad progresiva que adquieren los espermatozoides durante el paso por este órgano (Robaire y col., 2006); por ejemplo, en los roedores, la movilidad espermática la obtiene el mayor porcentaje de espermatozoides en el caput, más que en otras regiones del órgano (Avilés, 2011).

Todas estas transformaciones son necesarias para adquirir el potencial de procesos esenciales para la fertilización, como la capacitación y la reacción acrosomal, que ocurren en el tracto reproductor femenino. Como se ha mencionado, los procesos involucrados en la maduración de los espermatozoides incluyen eventos bioquímicos que requieren la presencia de componentes secretados por los diferentes tipos celulares epiteliales, por ejemplo, secretan proteínas que permiten la maduración espermática (Rodríguez-Manzo y col., 2011). Dos de los procesos esenciales requeridos son los cambios en la membrana plasmática: la glicosilación (Jiménez y Merchant, 2003) y la fosforilación (Lewis y Aitken, 2001; Rodríguez-Tobón y col., 2015).

La glicosilación proteica es la adición de carbohidratos a una proteína que formará parte de la superficie celular, sirve de indicador para determinar su distribución intracelular y su lugar final de funcionamiento, incluyendo el patrón de secreción en el caso de que su desempeño lo ejerza fuera de la célula (Rosado, 2000); en el espermatozoide, las glicoproteínas, carnitinas y glicerofosfocolina se integrarán a la membrana plasmática (Avilés, 2011; Rodríguez-Manzo y col., 2011), permitiendo la interacción espermatozoide-óvulo.

En tanto que la fosforilación es la adición de un grupo fosfato, se trata del mecanismo básico de transporte de energía, así como la regulación de proteínas y enzimas mediante modificaciones post-traduccionales (Laserna, 2009). La fosforilación de las proteínas es importante en la transducción de señales extracelulares, el transporte intracelular y la progresión del ciclo celular; se regula por la actividad de las proteínas-cinasas y fosfatasas, permitiendo a las células activar o no la función de otras proteínas. Esta fosforilación ocurre en los residuos de serina, treonina y tirosina de las proteínas, siendo la fosforilación de la tirosina la más importante; en los espermatozoides se asocia con las proteínas flagelares, ya que juegan un papel importante en los cambios de movilidad (Avilés, 2011; Laserna, 2009). Estos procesos intracelulares involucrados en la maduración espermática no han sido estudiados en los machos con saciedad sexual, ni en el periodo post- saciedad que incluya hasta la recuperación morfofuncional del epidídimo y, consecuentemente, la capacidad fertilizante de los espermatozoides.

9. Morfofisiología del epidídimo en la saciedad sexual

Se mencionó previamente que después de la saciedad sexual, la testosterona sérica no se modifica (Romano y col., 2006), por lo que surge la duda de qué ocurre con la morfofisiología del epidídimo después de la saciedad sexual. Nuestro grupo de trabajo analizó los diferentes parámetros de la morfología epididimaria (citología de las células, tipo de epitelio, conteo celular y morfometría) y de los parámetros espermáticos (viabilidad, concentración y morfología) de machos del grupo control inmediato a la saciedad sexual, a los cuatro, ocho, 12, 16, 20, 24 y 28 días posteriores a la saciedad sexual; se encontró que el peso del epidídimo en sus diferentes regiones, así como las características citológicas estructurales, bioquímicas y funcionales de los tipos celulares que conforman el epitelio epididimario, presentan variaciones (en la afinidad a los colorantes empleados en el análisis histológico, en la forma de las células, tipos celulares y altura del epitelio) que denotan cambios en la actividad de síntesis y secreción de los productos celulares.

Entre las modificaciones celulares más importantes están aquellas implicadas en la maduración espermática, lo cual explica que en el periodo posterior a la saciedad se observan cambios en la concentración, viabilidad y morfología espermática que pueden ser provocados por alteración en la concentración de andrógenos intraepididimarios, así como por la actividad de enzimas, como la aromatasa, y de los receptores a andrógenos presentes en las células del epitelio epididimario e incluso por la inervación de los componentes tisulares de la pared de los conductos epididimarios.