Un parcours de l'Obstacle du sperme à l'oeuf

Source: Dessin original d'Alex Martin

Certains hommes produisent trop de spermatozoïdes. Ce fait peu mentionné a été l'objet de mon précédent article de blog. (Voir Pourquoi trop de spermatozoïdes gâchent l'œuf , publié le 11 août 2017.) Avec trop de spermatozoïdes, un nuage inhabituellement dense entoure l'ovule et plus d'un spermatozoïde peut pénétrer ( polyspermie ). Dans la plupart des cas humains, deux spermatozoïdes fécondent un ovule, produisant un embryon avec un chromosome en plus de la paire normale du père et de la mère ( condition triploïde ). L'ensemble chromosomique supplémentaire a inévitablement des effets catastrophiques, avec la perte du fœtus ou la mort du nourrisson dans les heures suivant sa naissance. Une sorte d'anomalie chromosomique est présente dans environ la moitié de toutes les fausses couches, et un quart de ces anomalies impliquent des ensembles de chromosomes supplémentaires.

Jour 1 zygote humain produit par un seul spermatozoïde fertilisant un oeuf. Les pronuclei féminins et masculins et un corps polaire peuvent être vus.

Source: Auteur: NinaSes (2015). Wikimedia Commons; fichier sous licence Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International.

L'odyssée du sperme

Bien que les éjaculats de mammifères mâles contiennent généralement un grand nombre de spermatozoïdes – environ 250 millions en moyenne chez l'homme – étonnamment, peu d'entre eux se retrouvent généralement près d'un ovule. En effet, l'appareil reproducteur des mammifères femelles est apparemment spécialement adapté pour minimiser le nombre de spermatozoïdes atteignant les tronçons supérieurs de l'oviducte (le tube le long duquel l'œuf se déplace pour atteindre l'utérus).

Un article publié en 2006 par Susan Suarez et Allan Pacey a passé en revue de manière experte l'odyssée des spermatozoïdes qui traversent l'appareil génital féminin. Pour commencer, seule une partie de l'éjaculat s'échappe de l'acidité hostile du vagin dans le col de l'utérus ( col de l'utérus ). Ensuite, lorsque les spermatozoïdes migrent le long du col de l'utérus, les brins de mucus filtrent ceux qui ont des formes anormales ou nagent trop lentement. Lorsque la barrière cervicale est contournée par l'injection de sperme directement dans l'utérus ( insémination intra-utérine – IUI ), le succès de la grossesse se stabilise au-dessus de 20 millions de spermatozoïdes. Cela suggère que seulement 10% des spermatozoïdes dans un éjaculat naturel atteignent l'utérus. Une fois que les spermatozoïdes pénètrent dans l'utérus, les contractions musculaires facilitent leur passage vers l'oviducte. Seuls quelques milliers de spermatozoïdes pénètrent dans l'environnement relativement favorable de l'oviducte. Son extrémité inférieure, l' isthme , sert de réservoir où les spermatozoïdes se lient à la muqueuse de l'oviducte et sont ensuite libérés en quinconce. Après la libération, les spermatozoïdes subissent une capacitation et deviennent hyperactifs, ce qui leur permet de se déplacer vers l'extrémité supérieure de l'oviducte ( ampoule ), où la fécondation se produit. Le résultat de tous les obstacles rencontrés est que seulement une centaine de spermatozoïdes sont généralement présents dans l'ampoule à un moment donné. La réduction progressive du nombre de spermatozoïdes entre l'insémination et la fécondation sert sans aucun doute à réduire le risque de polyspermie.

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Diagramme illustrant la réduction par étapes du nombre de spermatozoïdes le long de l'appareil reproducteur d'une femme. 1. Seule une partie de l'éjaculat déposé dans le vagin entre dans le col de l'utérus. 2. Dans le col de l'utérus, des brins de mucus filtrent les spermatozoïdes aberrants. 3. Les spermatozoïdes pénètrent dans l'extrémité inférieure de l'oviducte (isthme) et se lient à sa paroi interne. 4. Les spermatozoïdes libérés par la muqueuse de l'oviducte peuvent passer dans l'ampoule, où la fécondation a lieu.

Source: Auteur: Shazz (2006). Wikimedia Commons; Fichier sous licence Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

Parmi de nombreuses autres suggestions, la spéculation rampante entourant les fonctions possibles de l'orgasme humain a engendré l'hypothèse qu'il représente une adaptation pour faciliter le transport des spermatozoïdes vers l'œuf. Il est connu que l'orgasme est associé à une libération accrue de l'hormone ocytocine, qui pourrait potentiellement déclencher le transport actif des spermatozoïdes. Cependant, comme l'a noté Roy Levin en 2011, cette hypothèse ne tient aucun compte du fait qu'éviter la polyspermie nécessite un contrôle délicatement équilibré du transit des spermatozoïdes dans le tractus féminin. Après l'insémination, le défi principal pour l'appareil reproducteur féminin est d'obtenir une réduction progressive du nombre de spermatozoïdes, et non d'accélérer le transit des spermatozoïdes vers l'ovule.

Procédure pour la fécondation in vitro (FIV).

Source: Auteur: MartaFF (2015). Wikimedia Commons; fichier sous licence Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International.

Leçons de la fécondation in vitro

L'avènement des bébés éprouvettes en 1978 a ouvert de nouvelles possibilités pour l'examen de la fécondation de l'œuf humain, tout en introduisant la possibilité que des erreurs puissent survenir en raison de densités de spermatozoïdes inappropriées. Pourtant, cela n'a pas été considéré comme un problème lorsque la fécondation in vitro (FIV) a été développé. En 1981, le pionnier de la FIV, Robert Edwards, a fourni l'un des premiers commentaires sur une éventuelle polyspermie. Il a rapporté des travaux initiaux qu'un fœtus qui avait échoué à la douzième semaine de grossesse s'était révélé être triploïde. Bien que Patricia Jacobs et ses collègues aient déjà rapporté en 1978 les résultats d'une étude majeure montrant que la triploïdie est relativement commune (1-3%) dans la conception humaine, Edwards a déclaré que cette anomalie chromosomique "pourrait ne pas être sérieuse". sont fécondés par un seul spermatozoïde. Certes, la fréquence rapportée par Jacobs et ses collègues était pour des conceptions naturelles. En 1981, aucune information comparable n'était disponible pour les œufs exposés à une densité de spermatozoïdes non naturelle in vitro .

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En fait, dans un article de 1981, Ian Craft et ses collègues discutaient explicitement du nombre de spermatozoïdes par rapport à la FIV. Ils ont noté que le nombre de spermatozoïdes entourant un ovule pendant la conception naturelle était inconnu et que le nombre idéal de spermatozoïdes pour la fécondation in vitro n'avait pas été évalué. Edwards et ses collègues auraient utilisé entre 100 000 et un million de spermatozoïdes, tandis que l'équipe Craft a réalisé la fécondation avec seulement 10 000 spermatozoïdes mobiles dans le milieu de culture entourant l'œuf. Ils ont prédit que des nombres beaucoup plus faibles finiraient par être suffisants, "réduisant ainsi le risque de fécondation polyspermique".

Relation entre le nombre de spermatozoïdes et le succès de la fécondation lors de la fécondation in vitro chez l'homme. Notez que le succès de la fertilisation augmente progressivement à mesure que le nombre de spermatozoïdes diminue de 500 000 à 25 000, mais que le succès est radicalement réduit par une nouvelle baisse à 10 000 spermatozoïdes.

Source: Adapté d'une figure de Wolf et al. (1984).

Par la suite, en 1984, Don Wolf et ses collègues ont décrit plus en détail les relations entre la concentration de spermatozoïdes et la fécondation in vitro des œufs humains. Le succès de la fertilisation s'est en fait avéré diminuer avec l'augmentation du nombre de spermatozoïdes dans la gamme de 25 000 à 500 000, avec une fécondation maximale de 80,8% à la plus faible densité. En revanche, le degré de fertilisation polyspermique était directement lié à la concentration des spermatozoïdes, passant de zéro à moins de 25 000 spermatozoïdes / cc à 5,5% à 500 000 spermatozoïdes / cc. Wolf et ses collègues ont souligné que les concentrations d'entre un demi-million et un million de spermatozoïdes par oeuf étaient remarquablement élevées comparées à la centaine estimées présentes sur le site de fécondation en conception naturelle. Un article de 1985 par Hans van der Ven et ses collègues a renforcé les conclusions rapportées par l'équipe Wolf. Depuis les années 1980, relativement peu a été publié concernant les nombres de spermatozoïdes optimaux pour la FIV. En règle générale, des densités de spermatozoïdes relativement faibles sont maintenant utilisées et, en 2013, Ping Xia a signalé que dans ces conditions, environ 7% des œufs fécondés sont polyspermiques. Dans les procédures de FIV modernes, l'examen de routine élimine de tels cas avant le transfert dans l'utérus.

Diagramme d'un orchidomètre pour l'évaluation du volume du testicule. Les nombres indiquent le volume dans ccs. Les tailles 1-3 ccs (jaune) sont généralement trouvées avant la puberté, les tailles 4-12 ccs (orange) se produisent généralement pendant la puberté, et les tailles 15-25 ccs (rouge) se trouvent généralement chez les adultes.

Source: Auteur: Filip em (propre travail). Wikimedia Commons; fichier sous licence Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

Taille des testicules, testostérone et nombre de spermatozoïdes

De nombreuses études ont montré que la taille des testicules, les niveaux de testostérone et la production de spermatozoïdes sont tous reliés ensemble dans un réseau fonctionnel. Le volume du testicule est souvent estimé par calcul à partir de la longueur et de la largeur maximales mesurées avec des étriers. Dans un article de 2004, par exemple, Leigh Simmons et ses collègues ont rapporté une forte corrélation entre la taille des testicules et le nombre de spermatozoïdes calculé à partir de mesures linéaires dans une étude sur des volontaires étudiants. Dans de nombreuses études menées par des professionnels de la santé, cependant, le volume des testicules est déterminé par palpation accompagnée d'une comparaison avec un ensemble standard de modèles ovoïdes initialement conçu par Andrea Prader (1966). Ce dispositif, connu sous le nom d'orchidodomètre, est composé de douze ovoïdes en bois ou en plastique avec des volumes de 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 15, 20 et 25 ccs, respectivement. Les pédiatres utilisent régulièrement des orchidomètres («le stéthoscope de l'urologue») pour étudier le développement individuel. En moyenne, les testicules se développent très peu de la naissance à la onzième année (1-3 ccs), après quoi ils commencent à augmenter en taille pour atteindre environ 12 ccs pendant la puberté. La croissance subséquente est très rapide, et le passage à l'état adulte (intervalle typique: 15-25 ccs) ne prend que trois ans.

Relation entre le nombre total de spermatozoïdes dans les éjaculats de 50 hommes et le volume combiné des deux testicules.

Source: Adapté d'une figure de Simmons et al. (2004).

Avec des niveaux élevés de testostérone, de grands testicules et des numérations de spermatozoïdes excentriques, certains hommes peuvent être «hypermasculins». Confirmant les soupçons de nombreuses femmes, on peut vraiment dire que les hommes peuvent souffrir d'un empoisonnement à la testostérone. Un inconvénient majeur de produire un nombre inhabituellement élevé de spermatozoïdes est qu'il augmente le potentiel de polyspermie avec une perturbation conséquente du développement du fœtus. Vraisemblablement, la sélection naturelle opère généralement pour maintenir la production de sperme à un niveau optimal reflétant un compromis entre maximiser la probabilité d'une fertilisation réussie et minimiser le risque de polyspermie. Et l'appareil reproducteur féminin est évidemment adapté pour la réduction radicale du nombre de spermatozoïdes d'une manière étagée.

Les références

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Edwards, RG (1981) Bébés-éprouvettes, 1981. Nature 293 : 253-256.

Jacobs, PA, Angell, RR, Buchanan, IM, Hassold, TJ, Matsuyama, AM et Manuel, B. (1978) L'origine des triploïdes humains. Annals of Human Genetics 42 : 49-57.

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Prader, A. (1966) Taille testiculaire: Évaluation et importance clinique. Triangle 7 : 240-243.

Simmons, LW, Firman, LC, Rhodes, G. et Peters, M. (2004) Concurrence de sperme humain: taille de testicule, production de sperme et taux de copulations extrapair. Comportement animal 68 : 297-302.

Suarez, SS & Pacey, AA (2006) Transport de sperme dans l'appareil reproducteur féminin. Mise à jour sur la reproduction humaine 12 : 23-37.

van der Ven, HH, Al-Hasani, S., Diedrich, K., Hamerich, U., Lehmann, F. & Krebs, D. (1985) Polyspermie dans la fécondation in vitro des ovocytes humains: fréquence et causes possibles. Annales de l'Académie des sciences de New York 442 : 88-95.

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Xia, P. (2013) Biologie de la polyspermie dans la FIV et son indication clinique. Current Obstetrics and Gynecology Reports 2 : 226-231.