Окислительный стресс и мужская репродуктивная система.

Кошмелев А.А., Хышиктуев Б.С., Терешков П.П.

Тенденция к росту мужского фактора в структуре бесплодного брака и ухудшению качества спермы диктует необходимость пристального изучения существующей проблемы [9;10;11;20].

Концентрация небольшого количества активных форм кислорода (АФК) в сперме играет физиологическую роль в регулировании её нормальных функций, тогда как высокие уровни АФК оказывают негативное влияние на её функции и жизнеспособность сперматозоидов. Несмотря на доказанную роль окислительного стресса в патогенезе мужского бесплодия, еще не достаточно мнений о полезности применения лабораторных тестов подтверждающих патогенетическую роль АФК при патологии фертильности у мужчин.

Некоторые исследования указывают о том, что высокие уровни АФК обнаружены в образцах спермы до 40% бесплодных мужчин [13,18]. Спермоплазма хорошо насыщена множеством антиоксидантных веществ для защиты сперматозоида от окислительного стресса [6, 24, 26], к ним относятся ферментативные антиоксиданты: супероксиддисмутаза, глутатионпероксидаза, каталаза, и неферментативные – аскорбат, токоферол, пируват, глутатион и др.

Окислительный стресс в семенной жидкости развивается в результате дисбаланса между АФК и веществами, обладающими антиоксидантным действием [21, 23, 25]. Имеются сообщения, что спермоплазма у фертильных мужчин имеет более полную антиоксидантную активность (АОА), чем спермоплазма у бесплодных мужчин [17]. Однако, патологические уровни АФК обнаруженные в сперме у инфертильных мужчин, более вероятно результат увеличенного производства АФК, а не уменьшенной АОА [27]. Защитные механизмы антиоксидантов включают в себя несколько уровней защиты: профилактика, непосредственно защита, репарация. [22].

Что касается репарации, к сожалению, сперматозоиды не способны восстановить повреждение, вызванное окислительным стрессом, т.к. они испытывают недостаток ферментов антиоксидативной защиты в своей цитоплазме, которые должны были неизменно приводить к репарации. Эта особенность сперматозоидов делает их уникальными в восприимчивости к окислительному стрессу [2,8].

Вследствие оптимального физиологического баланса между количеством АФК и антиокислителями в мужском репродуктивном тракте остается только минимальное количество АФК необходимое для регуляции нормального механизма оплодотворения (капацитация, акросомальная реакция, слияние сперматозоида с ооцитом) [12,14,16]. Все клеточные компоненты, включая липиды, белки, нуклеиновые кислоты, глюкоза – потенциальные цели для продуктов оксидативного стресса. Увеличение повреждения индукцией окислительного стресса зависит не только от природы и количества вовлеченных в процесс АФК, но также и от продолжительности выделения АФК, и присутствия внеклеточных факторов, таких как температура, кислородного давления и состава окружающей среды (ионы, белки, нейтрализаторы АФК).

Один из побочных продуктов пероксидации липидов – малоновый диальдегид, он используется в биохимических опытах для контроля степени оксидативного повреждения сперматозоидов[2,4]. Результаты этих проб могут показывать корреляционную зависимость от степени подвижности сперматозоида до его слияния с ооцитом. [3,19].

Избыточная продукция АФК также коррелирует со снижением подвижности сперматозоидов [1,2,7]. Связь между АФК и снижением подвижности происходит из-за каскада событий, которые приводят к снижению белкового фосфорилирования в аксонеме и дозреванию сперматозоида, оба из которых связаны с сокращением мембранной текучести, которая необходима для оплодотворения [13].

Другая гипотеза – HO* (гидроксильный радикал) может располагаться поперек бислоя клетки и тем самым ингибировать активность некоторых ферментов, типа глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы, влияя на НАДФ, как источник электронов сперматозоидов, используя их как энергосубстрат для следующих поколений АФК [5].

Ввиду несоответствия внутриклеточного НАДФ и сопутствующего с этим накопление окисленного глутатиона, с уменьшением обычного глутатиона, снижается антиоксидантная защита сперматозоида и усиливается повреждение фосфолипидов мембранного бислоя [15].

Нами было обследовано 90 человек, разделенных на 6 подгрупп, согласно оценки спермограммы (астенозооспермия с - и без признаков воспалительного процесса, тератозооспермия, полизооспермия, олигоспермия и олигозооспермия). В контрольную группу вошли 18 здоровых мужчин с нормальными показателями спермограммы.

Нативный материал – сперма, на первом этапе проходил оценку показателей стандартной спермограммы по общепринятым методикам согласно критериям ВОЗ. На втором этапе мы отделяли спермоплазму от сперматозоидов путем центрифугирования эякулята. В спермоплазме изучали уровень общей антиокислительной активности, концентрацию ТБК-активных продуктов. Полученные нами данные показывают достоверные различия между образцами спермы контрольной и клинической групп по уровню промежуточных интермедиатов свободнорадикального окисления липидов, по некоторым образцам более чем в 2 раза, снижение общей АОА также имеет характерные сдвиги, от 10,43 % при норме и до 4,64 % при патологии (табл.).

Таблица.

Параметры перекисного статуса спермоплазмы у мужчин с нарушением фертильности (Ме (25 и 75 процентили))

Группы	ТБК-активные продукты (мкмоль/мг липидов)	Общая антиокислительная активность (%)
Нормозооспермия (контроль) (n=18)	0,88 (0,86; 0,90)	10,43 (9,58; 11,28)
1 группа Астенозооспермия с признаками воспаления (n=16)	1,70* (1,46; 2,40)	4,80* (3,84; 6,12)
2 группа Астенозооспермия без признаков воспаления (n=14)	0,99* (0,91; 1,20)	7,77* (6,65; 8,79)
3 группа Полизооспермия (n=16)	1,82* (1,62; 1,91)	4,50* (4,10; 5,04)
4 группа Олигоспермия (n=13)	1,37* (1,23; 1,68)	5,36* (4,98; 5,98)
5 группа Олигозооспермия (n=16)	1,81* (1,66; 1,96)	5,15* (4,59; 5,70)
6 группа Тератозооспермия (n=15)	1,21* (1,04; 1,53)	8,59* (7,24; 9,03)

Примечание: n- число обследованных лиц; * - достоверные различия по сравнению с контролем.

Поддержание активности окислительного стресса на невысоком уровне в семенной жидкости, важно для выполнения основной функции последней. Понимание проблемы нарушения сперматогенеза на данном уровне считаем очень важным направлением для идентификации этиологии бесплодия. Если патологическое звено в сперматогенезе, которое приводит к избыточному образованию АФК, можно было бы с достоверной точностью указать, то это обеспечило бы четкость определения этиологии бесплодия, и предопределило бы адекватную терапевтическую стратегию у данной категории пациентов.

Список литературы:

1. Agarwal A., Ikemoto I., Loughlin K.R. / Relationship of sperm parameters to levels of reactive oxygen species in semen specimens // J. Urol. 1994. – Vol. 152. – P. 107-110.

2. Aitken R.J., Clarkson J.S., Fishel S. / Generation of reactive oxygen species, lipid peroxidation, and human sperm function // Biol. Reprod. 1989. – Vol. 40. – P. 183-197.

3. Aitken R.J., Harkiss D., Buckingham D. / Relationship between iron-catalyzed lipid peroxidation potential and human sperm function // J. Reprod. Fertil. 1993. – Vol. 98. – P. 257-265.

4. Aitken R.J., Fisher H. / Reactive oxygen species generation and human spermatozoa: the balance of benefit and risk // Bioassays. 1994. – Vol. 16. – P. 259-267.

5. Aitken R.J., Fisher H., Fulton N., Gomez E., Knox W., Lewis B., Irvine D.S. / Reactive oxygen species generation by human spermatozoa is induced by exogenous NADPH and inhibited by flavoprotein inhibitors diphenylene iodinium and quinacrine // Mol. Reprod. Dev. 1997. – Vol. 47. – P. 468-482.

6. Armstrong J.S., Rajasekaran M., Hellstrom W.J., Sikka S.C. / Antioxidant potential of human serum albumin: role in the recovery of high quality human spermatozoa for assisted reproductive technology // J. Androl. 1998. – Vol. 19. – P.412-419.

7. Armstrong J.S., Rajasekaran M., Chamulitrat W., Gatti P., Hellstrom W.J., Sikka S.C. /Characterization of reactive oxygen species induced effects on human spermatozoa movement and energy metabolism. // Free Radic. Biol. Med. 1999. – Vol. 26. – P. 869-880.

8. Alvarez J.G., Touchstone J.C., Blasco L., Storey B.T. /Spontaneous lipid peroxidation and production of hydrogen peroxide and superoxide in human spermatozoa: superoxide dismutase as major enzyme protectant against oxygen toxicity // J. Androl. 1987. – Vol. 8. – P. 336-348.

9. Becker G., Castrillo M., Jackson R. et al. /Infertility among low-income Latinos // Fertil. Steril. 2006. – Vol. 85. – N 4. – P. 882-887.

10. Comhaire F.H., et al. /Mechanisms and effects of male genital tract infection on sperm quality and fertilizing potential: the andrologist's viewpoint // Human Reproduction. 1999. – Vol.5. – N5. – P. 393-398.

11. Dohle G.R., D.J.J. Halley, J.O. Van Hemel et al. /Genetic .risk factors in infertile men with severe oligozoospermia and azoospermia // Human Reproduction. 2002. – Vol. 17. – N 1. – P. 13-16.

12. de Lamirande E., Gagnon C. / Reactive oxygen species (ROS) and reproduction // Adv. Exp. Med. Biol. 1994. – Vol. 366. – P. 185-197.

13. de Lamirande E., Gagnon C. / Impact of reactive oxygen species on spermatozoa: a balancing act between beneficial and detrimental effects // Hum. Reprod. 1995. – Vol. 10. – P. 15-21.

14. Gagnon C., Iwasaki A., de Lamirande E., Kovalski N. / Reactive oxygen species and human spermatozoa // Ann. NY Acad. Sci. 1991. – Vol. 637. – P. 436-444.

15. Griveau J.F., Dumont E., Renard B., Callegari J.P., Lannou D.L. / Reactive oxygen species, lipid peroxidation and enzymatic defense systems in human spermatozoa // J. Reprod. Fertil. 1995. – Vol. 103. – P. 17-26.

16. Griveau J.F., Le Lannou D. / Reactive oxygen species and human spermatozoa // Int. J. Androl. 1997. – Vol. 20. – P. 61-69.

17. Lewis S., Boyle P., McKinney K., Young I., Thompson W. / Total antioxidant capacity of seminal plasma is different in fertile and infertile men // Fertil. Steril. 1995. – Vol. 64. – P. 868-870.

18. Padron O.F., Brackett N.L., Sharma R.K., Kohn S., Lynne C.M., Thomas A.J. Jr., Agarwal A. / Seminal reactive oxygen species, sperm motility and morphology in men with spinal cord injury // Fertil. Steril. 1997. – Vol. 67. – P. 1115-1120.

19. Sidhu R.S., Sharma R.K., Thomas A.J. Jr., Agarwal A. / Relationship between creatine kinase activity and semen characteristics in sub-fertile men // Int. J. Fertil. Womens Med. 1998. – Vol. 43. – P. 192-197.

20. Sharif K. / Reclassification of azoospermia: the time has come? // Human Reproduction. 2000. – Vol. 15. – N 2. – P. 237-238.

21. Sharma R.K., Agarwal A. / Role of reactive oxygen species in male infertility (Review) // Urology. 1996. – Vol. 48. – P. 835-850.

22. Sies H. / Strategies of antioxidant defence // Eur. J. Biochem. 1993. – Vol. 215. – P. 213-219.

23. Sikka S.C., Rajasekaran M., Hellstrom W.J.G. / Role of oxidative stress and antioxidants in male infertility // J. Androl. 1995. – Vol. 16. – P. 464-468.

24. Sikka S.C. / Oxidative stress and role of antioxidants in normal and abnormal sperm function // Front. Biosci. 1996. – Vol. 1. – P. 78-86.

25. Sikka S.C. / Relative impact of oxidative stress on male reproductive function // Curr. Med. Chem. 2001. – Vol. 8. – P. 851-862.

26. Smith R., Vantman D., Escobar J., Lissi E. / Total antioxidant capacity of human seminal plasma // Hum. Reprod. 1996. – Vol. 11. – P. 1655-1660.

27. Zini A., de Lamirande E., Gagnon C. / Reactive oxygen species in the semen of infertile patients: levels of superoxide dismutase- and catalase-like activities in seminal plasma // Int. J. Androl. 1993. – Vol. 16. – P. 183-188.