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Abstract

Hintergrund/Ziele: Hyperviskoses Sperma (SHV) ist einer der wichtigsten Faktoren für schlechte Spermienqualität und männliche Unfruchtbarkeit. Sie führt auch zu großen Problemen bei assistierten Reproduktionstechniken und bei der In-vitro-Fertilisation. Obwohl der Einfluss von SHV auf die Spermienqualität, die Befruchtungsrate und die männliche Unfruchtbarkeit weitgehend erforscht ist, sind die molekularen und zellulären Mechanismen für diese Anomalien nicht gut verstanden. In dieser Übersichtsarbeit wollen wir die vorgeschlagenen zellulären und molekularen Mechanismen von SHV auf das männliche Fortpflanzungssystem, die Bedeutung von oxidativem Stress (OS) und die Mechanismen, durch die SHV OS und die Beeinträchtigung anderer Antioxidantien hervorruft, erörtern. Methoden: Es wurde eine PubMed/Medline- und EM-BASE-Suche mit den Schlüsselwörtern durchgeführt: „hyperviskoses Sperma“, „oxidativer Stress“ und „männliche Unfruchtbarkeit“. Schlussfolgerung: Durch reaktive Sauerstoffspezies induzierter oxidativer Stress kann als ein wichtiger Mechanismus bei Patienten mit hyperviskosem Sperma angesehen werden, der mit DNA-Fragmentierung, Lipidperoxidation und Zerfall der Spermienmembran, Apoptose, Erschöpfung der Antioxidantien und in der Folge mit schlechter Spermienqualität und männlicher Unfruchtbarkeit einhergeht. Daher könnte eine antioxidative Therapie die wichtigsten pathologischen Auswirkungen von hyperviskosem Sperma, insbesondere oxidative Schäden und Entzündungen, auf die Spermienqualität und -funktion verbessern. Weitere randomisierte, kontrollierte Studien sind notwendig, um diese Ergebnisse zu bestätigen und einen Vergleich zwischen den Wirkungen verschiedener Antioxidantien wie N-Acethyl-Cystein und Curcumin auf das Fruchtbarkeitsproblem bei Patienten mit hyperviskosem Sperma anzustellen.

© 2019 The Author(s) Published by S. Karger AG, Basel

Einführung

Unfruchtbarkeit wird heute als eines der wichtigsten Gesundheitsprobleme bei Paaren weltweit angesehen. Es gibt viele Faktoren, die die Spermienparameter und -funktion und damit die männliche Fruchtbarkeit beeinflussen. Genetische Anomalien, molekulare Mutationen, hormonelle Defekte, eine gestörte Spermatogenese, ein Mangel an einigen Spurenelementen und Vitaminen in der Ernährung, obstruktive Probleme und strukturelle Schäden wie die Varikozele, Umwelteinflüsse und der Lebensstil werden als gängige Faktoren genannt, die die Funktion der menschlichen Spermien und den Befruchtungsprozess beeinträchtigen.

Die Hyperviskosität des Spermas (SHV), die durch ein dickes und geronnenes Aussehen gekennzeichnet ist, ist ein Zustand, der die physikalischen und chemischen Eigenschaften der menschlichen Samenflüssigkeit beeinflusst. Sperma mit normaler Viskosität spielt eine entscheidende Rolle für die Funktion der Spermien und den Befruchtungsprozess. Sie erleichtert das Eindringen der Spermien in den Gebärmutterhalsschleim, erhält die Schwimmgeschwindigkeit der Spermien nach dem Eindringen in den Schleim aufrecht, reguliert die Verteilung der Oberflächenladungen auf der Spermienmembran während des Reifungsprozesses, verhindert die Lipidperoxidationsreaktion und erhält die Integrität des Chromatins der Spermien. SHV wird wahrscheinlich durch Funktionsstörungen, Infektionen und Entzündungen der männlichen akzessorischen Drüsen oder des Immunsystems verursacht. Jüngste Studien haben ergeben, dass SHV in 12-29 % der Ejakulate auftritt und als Hauptgrund für männliche Unfruchtbarkeit angesehen werden kann. Es hat sich gezeigt, dass SHV zu einer schlechten Spermienbeweglichkeit und Samenqualität sowie zu einem schlechten Ergebnis bei der In-vitro-Fertilisation beiträgt. Obwohl die pathogenen Aspekte von SHV inzwischen geklärt sind, ist der genaue Mechanismus, durch den hypervisköses Sperma mit abnormalen Spermien und männlicher Unfruchtbarkeit in Verbindung gebracht wird, immer noch nicht klar. Veränderte Spermienmotilität, technische Schwierigkeiten bei der In-vitro-Fertilisation, Entzündungen, oxidativer Stress (OS) und Veränderungen der Spurenelemente sind die wichtigsten vorgeschlagenen Mechanismen von SHV bei männlicher Unfruchtbarkeit (Abb. 1). In den folgenden Abschnitten werden wir diese vorgeschlagenen Mechanismen erörtern, durch die SHV eine beeinträchtigte Spermiengenese und männliche Unfruchtbarkeit hervorruft.

Spermienmotilität

Die Beeinträchtigung der normalen Spermienbewegung wird als einer der wichtigsten Mechanismen angesehen, durch den SHV zu männlicher Unfruchtbarkeit führt. Zahlreiche Studien haben gezeigt, dass SHV mit einer verminderten Spermienmotilität einhergeht, die auf einen Fangeffekt des hyperviszösen Spermas zurückzuführen ist. Es trägt zur Pathogenese verschiedener Formen von Asthenozoospermie und männlicher Unfruchtbarkeit bei. Neuere Studien haben signifikante negative Korrelationen zwischen SHV und der Spermienmotilität, dem Motilitätsgrad, der Gesamtzahl der beweglichen Spermien und der Spermienvitalität festgestellt. Eine normale Motilität der Spermien ist ein entscheidender Faktor für das Eindringen der Spermien in den Zervixschleim, die Interaktion zwischen Spermien und Eiern und den Befruchtungsprozess. Daher schließt hypervisköses Sperma die Spermien in der faserigen oder mukoiden Masse ein und verhindert ihre normale Bewegung durch den weiblichen Genitaltrakt.

In-vitro-Fertilisation

Da das Samenplasma eine wichtige Rolle bei den Ereignissen spielt, die zur Befruchtung führen, kann SHV auch zu In-vivo- und In-vitro-Komplikationen führen, die negative Auswirkungen auf die assistierte Reproduktionstechnologie haben. Hy-perviskoses Sperma verursacht gewisse Schwierigkeiten bei der ordnungsgemäßen Trennung der Spermatozoen und ihrer Anzahl. Es wird berichtet, dass SHV mit schlechten Ergebnissen bei der kontrollierten ovariellen Hyperstimulation und der intrauterinen Insemination einhergeht. Es verringert die Befruchtungsrate bei Patienten, die sich einem In-vitro-Fertilisationsprogramm unterziehen. SHV kann auch zu bestimmten technischen Schwierigkeiten bei der Handhabung von Samenproben führen, wenn Percoll-Gradienten zur Vorbereitung von Spermien für die In-vitro-Fertilisation verwendet werden.

Mangel an Zinkaufnahme

SHV, die durch eine Unterfunktion der Samenblase verursacht wird, kann zu einem erhöhten Anteil an zinkhaltiger Prostataflüssigkeit (Zn) führen. Zink aus dem Samenplasma stammt hauptsächlich aus der Prostata und kann die Funktion des Prostatasekretes widerspiegeln. Ein erhöhter Zinkgehalt in Abwesenheit eines Zink-Liganden in der Samenblase kann die Chromatindekondensation der Spermien hemmen, was zu einer Chromatininstabilität führen kann. Jüngste Studien haben über vermehrte Defekte der Chromatinintegrität und -verpackung bei Patienten mit hyperviskösem Sperma berichtet. Eine mangelhafte Chromatinverpackung oder -integrität wird mit DNA-Schäden an den Spermien und einem erhöhten Risiko für Unfruchtbarkeit und Schwangerschaft in Verbindung gebracht. Darüber hinaus hat Zink antioxidative Eigenschaften und spielt eine Rolle als Kofaktor für verschiedene Antioxidantien wie die Cu/Zn-Superoxiddismutase. Angesichts der antioxidativen Eigenschaften von Zink kann eine reduzierte Zinkzufuhr bei Patienten mit HSV zu OS und in der Folge zu DNA-Schäden an den Spermien, Lipidperoxidation an der Membran, Apoptose und schlechter Samenqualität führen .

Veränderungen der Spurenelemente

SHV stimuliert nicht nur die Überproduktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) und oxidative Schäden durch die Induktion von Entzündungen, sondern führt auch zu Veränderungen des Gehalts an Fruktose, Ascorbinsäure, Kalzium und Zink im Samenplasma, was sich wiederum negativ auf die Spermienfunktion oder die Befruchtungsfähigkeit der Spermien auswirkt. Mahran et al. berichteten über eine signifikante negative Korrelation zwischen SHV und den Plasmaspiegeln von Fruktose, Ascorbinsäure, Zink und Kalzium im Samen. Sie stellten auch fest, dass die erhöhte Leukozytenzahl negativ mit den Konzentrationen von Ascorbinsäure, Fructose, Zink und Kalzium korreliert ist. In einer anderen Studie berichteten Gonzales et al. über reduzierte Fruktosekonzentrationen bei SHV-Patienten. Diese Spurenelemente sind für die Spermatogenese, die Energieproduktion, die normale Funktion der Spermien, die Spermienmotilität, den Schutz der Spermien vor ROS und den Befruchtungsprozess notwendig. Daher wirkt sich ein verminderter Gehalt an diesen Elementen bei Patienten mit hyperviskösem Sperma negativ auf die Spermatogenese, die Spermienqualität und die männliche Fruchtbarkeit aus. Außerdem sind Fruktose und Ascorbinsäure Biomarker für die Funktion der Samenblase, während Kalzium und Zink Biomarker für die Funktion der Prostata sind. Somit kann die physikalische Analyse des Ejakulats, einschließlich der Viskosität, klinisch nützlich sein, um die sekretorische Aktivität dieser männlichen akzessorischen Drüsen zu bewerten.

OS

OS, die durch freie Radikale, insbesondere ROS, induziert wird, gilt heute als einer der wichtigsten idiopathischen Faktoren, die menschliche Spermien beeinträchtigen. Es wird heute als eine der Hauptursachen für männliche Unfruchtbarkeit angesehen, d. h. 30 bis 40 % der unfruchtbaren Männer haben einen erhöhten Gehalt an ROS in ihrem Samenplasma. Jüngste Studien haben gezeigt, dass OS der Hauptmechanismus für die Auswirkungen von HSV auf eine schlechte Samenqualität ist. OS ist ein Zustand, in dem der Gehalt an freien Radikalen den Gehalt an Antioxidantien übersteigt. ROS wie Hydroxyl-Radikale (OH- ), Superoxid-Anionen-Radikale (O2- -) und Wasserstoffperoxid (H2O2) sind sehr reaktive Substanzen, die mit zellulären Makromolekülen interagieren, um deren Elektronendefizit auszugleichen. Obwohl freie Radikale bei physiologischer Konzentration für die Spermienkapazitation und die Akrosomreaktion unerlässlich sind, können sie bei hohen Konzentrationen DNA, Proteine und Lipide oxidieren.

Menschliche Spermazellen sind besonders anfällig für ROS, da sie einen hohen Anteil an mehrfach ungesättigten Fettsäuren in ihrer Membran haben. Außerdem verlieren sie während der Spermienbildung einen Großteil ihrer zytoplasmatischen Antioxidantien. Daher kann ein erhöhter Gehalt an ROS und ein daraus resultierender verminderter Gehalt an Antioxidantien im Samenplasma die DNA-Schädigung der Spermien, die Lipidperoxidation der Membran und schließlich die Schädigung der Spermien und ein erhöhtes Risiko für männliche Unfruchtbarkeit fördern. 8-OHdG, Malondialdehyd und Proteincarbonyl sind Biomarker für die Oxidation von DNA, Proteinen und Lipiden. In zahlreichen Studien wurde über einen erhöhten Gehalt dieser Biomarker im Samenplasma unfruchtbarer Patienten berichtet.

Leukozyten, insbesondere Neutrophile und Makrophagen, und dysfunktionale Spermien sind die wichtigsten endogenen Quellen der ROS-Produktion im menschlichen Samen. Eine Überproduktion von ROS in menschlichem Sperma beeinträchtigt die mitochondriale Funktion der Spermien und damit die Spermienbeweglichkeit. Während einer Infektion oder Entzündung können Leukozyten bis zu 100-mal mehr ROS als normal freisetzen und zu OS beitragen. In einer Vielzahl von Studien wurde über Leukozytospermie bei unfruchtbaren Patienten berichtet. Eine erhöhte Anzahl von Leukozyten im Samenplasma und proinflammatorischen Zytokinen wie IL-6, IL-8 und Tumornekrosefaktor wird mit einer Überproduktion von ROS, oxidativen Schäden an der Spermien-DNA und den Membranlipiden und in der Folge mit Apoptose und Spermienanomalien in Verbindung gebracht.

Leukozyten sind für die Entwicklung von SHV besonders verantwortlich, da sie während der Infektion vermehrt auftreten und hohe Mengen an ROS produzieren . Patienten mit hyperviskösem Sperma haben einen hohen Anteil an Leukozyten im Vergleich zu nicht-hyperviskösen Männern. Neuere Studien haben eine signifikante positive Korrelation zwischen Leukozytospermie und hyperviskosem Sperma aufgezeigt. In einer Studie beobachteten Mahran et al. bei 37,5 % der unfruchtbaren Männer mit hyperviskosem Sperma eine Leukozytospermie. Darüber hinaus korrelierte die erhöhte Anzahl von Leukozyten bei SHV-Patienten negativ mit der Beweglichkeit und Vitalität der Spermien. Sie schlugen vor, dass SHV in 75 % der Fälle eine Folge von Infektionen oder Entzündungen zu sein scheint. Elis et al. schlugen vor, dass eine entzündungshemmende Therapie eine leichte SHV erfolgreich behandeln kann.

Neue Erkenntnisse haben gezeigt, dass OS, das durch ROS induziert wird, der Hauptmechanismus von HSV auf schlechte Spermienqualität und männliche Unfruchtbarkeit bei Patienten mit hyperviskösem Sperma ist. Es wurde auch berichtet, dass OS mit hyperviskosem Blut assoziiert ist. In einer Studie von Harisa et al. wurde bei Patienten mit höherer Blutviskosität ein Anstieg der Malon-Dialdehyd- und Protein-Carbonyl-Konzentrationen beobachtet. Sie zeigten auch, dass der Anstieg der Konzentrationen von Malondialdehyd und Proteincarbonyl mit zunehmenden Viskositätsgraden korreliert ist. In einer anderen Studie von Kasperczyk et al. wurde berichtet, dass die Vollblutviskosität mit OS, Erythrozytenaggregation und verringerten Malondialdehydwerten in Zusammenhang steht.

Obwohl diese Daten darauf hindeuten, dass OS zu SHV beiträgt, ist der genaue Mechanismus, durch den SHV OS erhöhen, nicht gut verstanden. Einer dieser Mechanismen hängt wahrscheinlich mit der erhöhten Anzahl an abnormalen Spermien bei Patienten mit SHV zusammen. Patienten mit hyperviskösem Sperma haben einen höheren Prozentsatz an abnormalen Spermien in ihrem Sperma als gesunde Personen. Da dysfunktionale Spermien eine der Hauptquellen der ROS-Produktion sind, könnte die erhöhte Anzahl unreifer und abnormaler Spermien bei SHV-Patienten das höhere Vorhandensein von OS in ihrem Sperma erklären. Darüber hinaus ist die Zahl der Leukozyten als andere wichtige Quelle der ROS-Erzeugung im Sperma von HSV-Patienten größer als bei Männern mit normalem Sperma. Daher kann eine erhöhte Anzahl von Leukozyten als Folge einer Entzündung oder Infektion bei HSV-Patienten als weiterer Hauptgrund für die Überproduktion von ROS und OS bei diesen Patienten angesehen werden. Eine erhöhte ROS-Produktion bei SHV-Patienten kann die wirksame Konzentration von Antioxidantien im Samenplasma verringern und dadurch die schädlichen Auswirkungen von ROS auf die Spermien verstärken. Daher kann die Beeinträchtigung der Antioxidantien im Sperma als einer der anderen Hauptmechanismen angesehen werden, die SHV auf eine schlechte Spermaqualität ausüben. In einer Studie von Siciliano et al. wurde eine starke Beeinträchtigung sowohl der hoch- als auch der niedermolekularen Antioxidantien bei SHV-Patienten festgestellt. Layali et al. wiesen darauf hin, dass hypervisköses Sperma die Gesamtkapazität der Antioxidantien im Samenplasma beeinträchtigt, was schließlich mit einer Lipidperoxidation der Spermienmembran verbunden ist. In ähnlicher Weise fanden Aydemir et al. höhere Malondialdehydwerte im Samenplasma von Patienten mit hyperviskösem Sperma im Vergleich zu nicht-viskösen Personen. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine erhöhte Anzahl abnormaler Spermien und entzündlicher Zytokine sowie eine starke Beeinträchtigung der Antioxidantien, die mit einer erhöhten Lipidperoxidation der Spermienmembran einhergehen, der Hauptgrund für eine schlechte Spermienqualität bei SHV-Patienten sein kann.

Schlussfolgerung

SHV kann als einer der Hauptgründe für eine schlechte Spermienqualität bei Männern mit hyperviskösem Sperma angesehen werden. Beeinträchtigung der Spermienmotilität, mangelnde Zinkaufnahme, Veränderungen der Spurenelemente, schlechte Spermienqualität, erhöhte Leukozytenzahl und ROS-Produktion sowie OS sind die Hauptmechanismen, durch die SHV Spermienanomalien und männliche Unfruchtbarkeit hervorruft. Die Beeinträchtigung der Antioxidantien im Samenplasma und der OS ist der Hauptmechanismus von SHV, der mit DNA-Schäden an den Spermien, Lipidperoxidation an der Membran, Instabilität des Chromatins der Spermien und niedriger Befruchtungsrate einhergehen kann. Daher könnte eine Behandlung mit Antioxidantien bei Patienten mit hyperviskosem Sperma hilfreich sein, um die Spermien vor oxidativen Schäden zu schützen. Weitere Studien zu möglichen Behandlungen und Ursachen von SHV sind jedoch unerlässlich, um die Fruchtbarkeit und den Erfolg von Verfahren der assistierten Reproduktionstechnologie zu verbessern.

Danksagung

Wir sind unseren früheren und jetzigen Mitarbeitern zu großem Dank verpflichtet.

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