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Abstract

Background/Ams: L’iperviscosità dello sperma (SHV) è uno dei fattori significativi coinvolti nella scarsa qualità dello sperma e nell’infertilità maschile. Porta anche grandi problemi durante le tecniche di riproduzione assistita e il processo di fecondazione in vitro. Anche se l’influenza della SHV sulla qualità dello sperma, il tasso di fecondazione e l’infertilità maschile sono stati ampiamente considerati, i meccanismi molecolari e cellulari per queste anomalie non sono ben compresi. In questa revisione, abbiamo cercato di discutere i meccanismi cellulari e molecolari proposti di SHV sul sistema riproduttivo maschile, l’importanza dello stress ossidativo (OS) e i meccanismi attraverso i quali SHV induce OS e compromissione di altri antiossidanti. Metodi: Una ricerca PubMed/Medline e EM-BASE è stata eseguita utilizzando le parole chiave: “sperma iperviscoso”, “stress ossidativo” e “infertilità maschile”. Conclusioni: Lo stress ossidativo indotto dalle specie reattive dell’ossigeno può essere considerato un meccanismo importante nei pazienti con sperma iperviscoso che è associato alla frammentazione del DNA, alla perossidazione dei lipidi e alla disintegrazione della membrana spermatica, all’apoptosi, all’esaurimento degli antiossidanti e, successivamente, alla scarsa qualità dello sperma e all’infertilità maschile. Pertanto, la terapia antiossidante può migliorare i principali effetti patologici del seme iperviscoso, in particolare i danni ossidativi e l’infiammazione, sulla qualità e la funzione dello sperma. Ulteriori studi randomizzati e controllati sono necessari per confermare questi risultati e fare un confronto tra gli effetti di vari antiossidanti come la N-acetilcisteina e la curcumina sul problema della fertilità nei pazienti con sperma iperviscoso.

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

Introduzione

L’infertilità è ora considerata come uno dei problemi di salute significativi tra le coppie di tutto il mondo. Ci sono molti fattori che influenzano i parametri dello sperma, la funzione e di conseguenza la fertilità maschile. Anomalie genetiche, mutazioni molecolari, difetti ormonali, speramatogenesi alterata, carenza nutrizionale di alcuni oligoelementi e vitamine, problemi ostruttivi e danni strutturali come il varicocele, gli agenti ambientali e lo stile di vita sono raggruppati come fattori popolari che influenzano la funzione dello sperma umano e i processi di fecondazione .

Iperviscosità dello sperma (SHV), che è caratterizzata da un aspetto spesso e coagulato, è una condizione che colpisce le caratteristiche fisiche e chimiche del liquido seminale umano . Lo sperma con viscosità normale svolge ruoli critici per la funzione spermatica e il processo di fecondazione. Facilita l’ingresso degli spermatozoi nel muco cervicale, mantiene la velocità di nuoto degli spermatozoi dopo la penetrazione del muco, regola la distribuzione delle cariche di superficie sulla membrana spermatica durante il processo di maturazione, previene la reazione di perossidazione lipidica e mantiene l’integrità della cromatina degli spermatozoi. SHV è probabilmente causato da disfunzioni, infezioni e infiammazioni delle ghiandole accessorie maschili o del sistema immunitario. Studi recenti hanno riportato che la SHV si verifica nel 12-29% degli eiaculati e può essere considerata come una delle principali cause di infertilità maschile. È stato dimostrato che contribuisce alla scarsa motilità degli spermatozoi e alla qualità del seme, così come a un cattivo risultato con la fecondazione in vitro. Anche se gli aspetti patogenetici della SHV sono ormai chiariti, il meccanismo esatto in cui il seme iperviscoso è associato a spermatozoi anormali e all’infertilità maschile non è ancora chiaro. Alterata motilità degli spermatozoi, difficoltà tecniche nella fecondazione in vitro, infiammazione, stress ossidativo (OS) e cambiamenti nei microelementi sono i principali meccanismi proposti di SHV sull’infertilità maschile (Fig. 1). Nelle sezioni seguenti discuteremo questi meccanismi proposti in cui la SHV induce la spermatogenesi alterata e l’infertilità maschile.

Motilità dello sperma

La compromissione del normale movimento dello sperma è considerata come uno dei meccanismi significativi attraverso cui la SHV porta all’infertilità maschile. Numerosi studi hanno dimostrato che la SHV è associata ad una ridotta motilità degli spermatozoi a causa di un effetto di intrappolamento del seme iperviscoso. Essa contribuisce alla patogenesi di diverse forme di astenospermia e di infertilità maschile. Studi recenti hanno trovato significative correlazioni negative tra SHV e la motilità degli spermatozoi, il grado di motilità, il totale degli spermatozoi mobili e la vitalità dello sperma. La motilità normale degli spermatozoi è un fattore critico per l’ingresso degli spermatozoi nel muco cervicale, l’interazione spermatozoo-uovo e il processo di fecondazione. Pertanto, lo sperma iperviscoso intrappola gli spermatozoi nella massa fibrosa o mucoide e impedisce la loro normale progressione attraverso il tratto genitale femminile.

Fecondazione in vitro

Come il plasma seminale ha un ruolo importante negli eventi che portano alla fecondazione, SHV può anche portare a complicazioni in vivo e in vitro che hanno conseguenze negative nel setting della tecnologia riproduttiva assistita . Lo sperma iperviscoso causa alcune difficoltà per la corretta separazione degli spermatozoi e il loro numero. È stato riportato che la SHV è associata ad un cattivo risultato dell’iperstimolazione ovarica controllata e dell’inseminazione intrauterina. Riduce i tassi di fecondazione nei pazienti sottoposti a programmi di fecondazione in vitro. La SHV può anche comportare alcune difficoltà tecniche nella manipolazione dei campioni di sperma, quando si utilizzano gradienti Percoll per preparare lo sperma per la fecondazione in vitro.

Deficienza nell’assorbimento dello zinco

SHV, che è causato dalla ipo-funzione delle vescicole seminali, può portare ad una maggiore proporzione di liquido prostatico che contiene zinco (Zn). Lo zinco del plasma seminale proviene principalmente dalla ghiandola prostatica e può riflettere la funzione della segreteria prostatica. L’aumento del livello di zinco in assenza di un ligando di zinco della vescicola seminale può inibire la decondensazione della cromatina dello sperma che può risultare in instabilità della cromatina. Studi recenti hanno riportato maggiori difetti nell’integrità della cromatina e nel packaging in pazienti con sperma iperviscoso. Povero imballaggio cromatina o integrità è associato con danni al DNA dello sperma e un aumento del rischio di infertilità e di esito della gravidanza. Inoltre, lo zinco ha proprietà antiossidative e gioca come cofattore per diversi antiossidanti come il Cu/Zn-superossido dismutasi. Date le proprietà antiossidative dello zinco, una ridotta assunzione di zinco in pazienti con HSV può provocare OS e successivamente danni al DNA dello sperma, perossidazione dei lipidi di membrana, apoptosi e scarsa qualità dello sperma.

Cambiamenti negli oligoelementi

SHV non solo stimola la sovrapproduzione di specie reattive dell’ossigeno (ROS) e danni ossidativi attraverso l’induzione di infiammazione, ma porta anche ad alterazioni del contenuto di fruttosio plasma seminale, acido ascorbico, calcio e zinco, che a loro volta esercitano influenze negative sulla funzione dello sperma o capacità di fecondazione degli spermatozoi . Mahran et al. hanno riportato una significativa correlazione negativa tra SHV e i livelli plasmatici seminali di fruttosio, acido ascorbico, zinco e calcio. Hanno anche osservato che l’aumento del livello di leucociti è correlato negativamente alle concentrazioni di acido ascorbico, fruttosio, zinco e calcio. In un altro studio, Gonzales et al. hanno riportato livelli ridotti di fruttosio nei pazienti con SHV. Questi oligoelementi sono necessari per la spermatogenesi, la produzione di energia, la normale funzione degli spermatozoi, la motilità dello sperma, la protezione degli spermatozoi contro i ROS e il processo di fecondazione. Pertanto, i livelli ridotti di questi elementi nei pazienti con sperma iperviscoso esercitano un impatto negativo sulla spermatogenesi, la qualità del seme e la fertilità maschile. Inoltre, il fruttosio e l’acido ascorbico sono biomarcatori della funzione delle vescicole seminali, mentre il calcio e lo zinco sono biomarcatori della funzione prostatica. Quindi, l’analisi fisica dell’eiaculato, compresa la viscosità, può essere clinicamente utile per la valutazione dell’attività secretoria di queste ghiandole accessorie maschili.

OS

OS indotta dai radicali liberi, soprattutto ROS, è ora considerata come uno dei principali fattori idiopatici che colpiscono gli spermatozoi umani. È ora considerato come uno dei principali motivi di infertilità maschile, cioè, dal 30 al 40% degli uomini infertili hanno un contenuto elevato di ROS nel loro plasma seminale. Studi recenti hanno indicato che l’OS è il meccanismo principale degli effetti di HSV sulla scarsa qualità dello sperma. L’OS è una condizione in cui il contenuto di radicali liberi supera i livelli di antiossidanti. I ROS come i radicali idrossili (OH- ), il radicale anione superossido (O2- -) e il perossido di idrogeno (H2O2) sono agenti molto reattivi che interagiscono con le macromolecole cellulari per compensare il loro deficit di elettroni. Anche se i radicali liberi sono essenziali per la capacitazione degli spermatozoi e la reazione acrosoma a concentrazione fisiologica, possono ossidare il DNA, le proteine e i lipidi ad alte concentrazioni.

Le cellule spermatiche umane sono particolarmente sensibili ai ROS perché hanno alti livelli di acidi grassi polinsaturi sulla loro membrana. Inoltre, perdono la maggior parte dei loro antiossidanti citoplasmatici durante la spermiogenesi. Pertanto, l’aumento del contenuto di ROS e la conseguente riduzione dei livelli di antiossidanti del plasma seminale possono aumentare i danni al DNA degli spermatozoi, la perossidazione dei lipidi di membrana, e infine i danni alle cellule spermatiche e l’aumento del rischio di infertilità maschile. 8-OHdG, malondialdeide e carbonile proteico sono biomarcatori di ossidazione di DNA, proteine e lipidi. Numerosi studi hanno riportato un aumento del contenuto di questi biomarcatori nel plasma seminale dei pazienti infertili.

I leucociti, soprattutto neutrofili e macrofagi, e gli spermatozoi disfunzionali sono le principali fonti endogene di produzione di ROS nel seme umano. La sovrapproduzione di ROS nel seme umano influisce sulla funzione mitocondriale degli spermatozoi e di conseguenza sulla loro mo-tilità. Durante l’infezione o l’infiammazione, i leucociti possono scaricare fino a 100 volte più ROS del normale e contribuire all’OS. Un gran numero di studi ha riportato la leucocitospermia in pazienti infertili. L’aumento del numero di leucociti del plasma seminale e delle citochine proinfiammatorie come IL-6, IL-8 e il fattore di necrosi tumorale è associato alla sovrapproduzione di ROS, ai danni ossidativi al DNA dello sperma, ai lipidi di membrana e successivamente all’apoptosi e alle anomalie dello sperma.

I leucociti sono particolarmente responsabili nello sviluppo della SHV, poiché sono aumentati durante l’infezione e producono alti livelli di ROS. I pazienti con sperma iperviscoso hanno un’alta percentuale di leucociti rispetto agli uomini non iperviscosi. Studi recenti hanno indicato una significativa correlazione positiva tra leucocitospermia e sperma iperviscoso. In uno studio, Mahran et al. hanno osservato leucocitospermia nel 37,5% degli uomini infertili con sperma iperviscoso. Inoltre, l’aumento del numero di leucociti nei pazienti con SHV era correlato negativamente alla motilità e vitalità degli spermatozoi. Hanno suggerito che la SHV sembra essere il risultato di un’infezione o infiammazione nel 75% dei casi. Elis et al. hanno proposto che la terapia antinfiammatoria può trattare con successo la SHV lieve.

Le recenti evidenze hanno dimostrato che la OS indotta dai ROS è il principale meccanismo di HSV sulla cattiva qualità dello sperma e l’infertilità maschile tra i pazienti con sperma iperviscoso. OS è stato anche segnalato per essere associato con il sangue iperviscoso. In uno studio di Harisa et al. hanno osservato un aumento dei livelli di malon-dialdeide e di carbonile proteico nei pazienti con maggiore viscosità del sangue. Hanno anche dimostrato che l’aumento delle concentrazioni di malondialdeide e di carbonile proteico è correlato all’aumento del grado di viscosità. In un altro studio di Kasperczyk et al. hanno riportato che la viscosità del sangue intero è associata a OS, aggregazione eritrocitaria e diminuzione del livello di malondialdeide.

Anche se questi dati suggeriscono che l’OS contribuisce alla SHV, il meccanismo esatto in cui la SHV aumenta l’OS non è ben compreso. Uno di questi meccanismi è probabilmente legato all’aumento del livello di spermatozoi anormali nei pazienti con SHV. I pazienti con sperma iperviscoso hanno una percentuale più alta di spermatozoi anormali nel loro sperma rispetto agli individui sani. Poiché gli spermatozoi disfunzionali sono una delle principali fonti di produzione di ROS, l’aumento del numero di spermatozoi immaturi e anormali nei pazienti con SHV può spiegare la maggiore presenza di OS nel loro sperma. Inoltre, il numero di leucociti, come altra fonte significativa di generazione di ROS, nello sperma dei pazienti HSV è maggiore di quello degli uomini con sperma normale. Pertanto, l’aumento del numero di leucociti come risultato dell’infiammazione o dell’infezione nei pazienti HSV può essere considerato come l’altra ragione principale per la sovrapproduzione di ROS e OS in questi pazienti. L’aumento dei ROS nei pazienti affetti da SHV può diminuire la concentrazione effettiva degli antiossidanti del plasma seminale e come risultato aumenta gli effetti dannosi dei ROS sugli spermatozoi. Quindi, la compromissione degli antiossidanti seminali può essere considerata come uno degli altri principali meccanismi dell’azione della SHV sulla cattiva qualità dello sperma. In uno studio di Siciliano et al. hanno riportato una grave compromissione degli antiossidanti ad alto e basso peso molecolare nei pazienti con SHV. Layali et al. hanno indicato che il seme iperviscoso compromette la capacità antiossidante totale del plasma seminale, che alla fine è associata alla perossidazione dei lipidi della membrana spermatica. Allo stesso modo, Aydemir et al. hanno trovato livelli più alti di malondialdeide nel plasma seminale di pazienti con sperma iperviscoso rispetto agli individui non viscosi. Questi risultati suggeriscono che l’aumento del numero di spermatozoi anormali e delle citochine infiammatorie, così come la grave compromissione degli antiossidanti, che sono associati all’aumento della perossidazione lipidica della membrana spermatica, possono essere la ragione principale della bassa qualità dello sperma nei pazienti con SHV.

Conclusione

SHV può essere considerato come una delle ragioni principali della scarsa qualità dello sperma negli uomini con sperma iperviscoso. La compromissione della motilità degli spermatozoi, la carenza nell’assorbimento dello zinco, i cambiamenti negli oligoelementi, la cattiva qualità del seme, l’aumento del numero di leucociti e la produzione di ROS e l’OS sono i meccanismi principali in cui la SHV induce anomalie dello sperma e infertilità maschile. La compromissione degli antiossidanti del plasma seminale e dell’OS è il meccanismo principale della SHV, che può essere associata a danni al DNA spermatico, alla perossidazione dei lipidi di membrana, all’instabilità della cromatina spermatica e al basso tasso di fecondazione. Pertanto, il trattamento con antiossidanti può essere utile nei pazienti che mostrano sperma iperviscoso per proteggere le cellule spermatiche dai danni ossidativi. Tuttavia, ulteriori studi sui possibili trattamenti e sulle cause della SHV sono essenziali per migliorare la fertilità e il successo delle procedure di tecnologia riproduttiva assistita.

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