Alai

Abstract

Achtergergrond/doelen: Sperma hyperviscositeit (SHV) is een van de belangrijke factoren die betrokken zijn bij slechte semenkwaliteit en mannelijke onvruchtbaarheid. Het leidt ook tot grote problemen bij geassisteerde voortplantingstechnieken en in vitro fertilisatie. Hoewel de invloed van SHV op de kwaliteit van het sperma, het bevruchtingspercentage en de mannelijke onvruchtbaarheid algemeen wordt beschouwd, zijn de moleculaire en cellulaire mechanismen voor deze afwijkingen nog niet goed begrepen. In dit overzicht wilden we de voorgestelde cellulaire en moleculaire mechanismen van SHV op het mannelijk voortplantingssysteem bespreken, het belang van oxidatieve stress (OS) en de mechanismen waarmee SHV OS en aantasting van andere antioxidanten induceert. Methoden: Een PubMed/Medline en EM-BASE zoekactie werd uitgevoerd met gebruikmaking van trefwoorden: “hyperviscositeit sperma”, “oxidatieve stress”, en “mannelijke onvruchtbaarheid”. Conclusie: OS veroorzaakt door reactieve zuurstofspecies kan beschouwd worden als een belangrijk mechanisme bij patiënten met hyperviscositeitsperma dat geassocieerd wordt met DNA fragmentatie, lipide peroxida-tion en desintegratie van het spermamembraan, apoptose, depletie van antioxidanten, en vervolgens slechte spermakwaliteit en mannelijke onvruchtbaarheid. Daarom kan antioxidantentherapie de belangrijkste pathologische effecten van hyperviscositeitsperma, met name oxidatieve schade en ontsteking, op de kwaliteit en functie van sperma verbeteren. Verdere gerandomiseerde gecontroleerde studies zijn nodig om deze resultaten te bevestigen en een vergelijking te maken tussen effecten van verschillende antioxidanten zoals N-acethyl-cysteïne en Curcumine op het vruchtbaarheidsprobleem bij patiënten met hypervisceus sperma.

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

Introductie

Infertiliteit wordt nu beschouwd als een van de belangrijke gezondheidsproblemen onder paren wereldwijd. Er zijn vele factoren die de spermaparameters, de functie en vervolgens de mannelijke vruchtbaarheid beïnvloeden. Genetische afwijkingen, moleculaire mutaties, hormonale defecten, verminderde spermamatogenese, voedingstekort van sommige sporenelementen en vitaminen, obstructieve problemen en structurele schade zoals varicocele, milieu-agentia, en levensstijl worden gegroepeerd als populaire factoren die de menselijke spermafunctie en bevruchtingsprocessen beïnvloeden.

Sperma hyperviscositeit (SHV), dat wordt gekenmerkt door een dik en gestold uiterlijk, is een aandoening die de fysische en chemische kenmerken van menselijke zaadvloeistof beïnvloedt. Sperma met normale viscositeit speelt een cruciale rol voor de spermafunctie en het bevruchtingsproces. Het vergemakkelijkt het binnendringen van spermatozoa in het baarmoederhalsslijm, handhaaft de zwemsnelheid van spermatozoa na penetratie van het slijmvlies, regelt de verdeling van de oppervlakteladingen op het spermamembraan tijdens het rijpingsproces, voorkomt de lipide peroxidatiereactie en handhaaft de chromatine-integriteit van spermatozoa. SHV wordt waarschijnlijk veroorzaakt door disfunctie, infectie en ontsteking van de mannelijke accessoire klieren of het immuunsysteem. Recente studies hebben gemeld dat SHV voorkomt in 12-29% van de ejaculaten en kan worden beschouwd als een belangrijke reden voor mannelijke onvruchtbaarheid . Het is aangetoond dat het bijdraagt tot een slechte beweeglijkheid van het sperma en een slechte spermakwaliteit, alsook tot een slecht resultaat bij in vitro bevruchting. Hoewel de pathogene aspecten van SHV nu opgehelderd zijn, is het precieze mechanisme waarbij hyperviskeus sperma geassocieerd wordt met abnormaal sperma en mannelijke onvruchtbaarheid nog steeds niet duidelijk. Veranderde beweeglijkheid van het sperma, technische moeilijkheden bij in-vitrofertilisatie, ontsteking, oxidatieve stress (OS) en veranderingen in sporenelementen zijn de belangrijkste voorgestelde mechanismen van SHV op mannelijke onvruchtbaarheid (Fig. 1). In de volgende paragrafen bespreken we deze voorgestelde mechanismen waardoor SHV verminderde spermatogenese en mannelijke onvruchtbaarheid induceert.

Spermmotiliteit

Aantasting van de normale spermabeweging wordt beschouwd als een van de belangrijke mechanismen waardoor SHV leidt tot onvruchtbaarheid bij mannen. Talrijke studies hebben aangetoond dat SHV gepaard gaat met een verminderde beweeglijkheid van het sperma als gevolg van een beknellend effect van hyperviscous sperma. Het draagt bij tot de pathogenese van verschillende vormen van asthenozoospermie en mannelijke onvruchtbaarheid . Recente studies hebben significante negatieve correlaties gevonden tussen SHV en de beweeglijkheid van sperma, de graad van beweeglijkheid, het totaal aantal beweeglijke spermacellen en de vitaliteit van sperma. Een normale beweeglijkheid van sperma is een kritieke factor voor het binnendringen van sperma in het baarmoederhalsslijm, de interactie tussen sperma en eicel en het bevruchtingsproces. Daarom houdt hyperviskeus sperma de spermacellen vast in de vezelige of mucoïde massa en verhindert hun normale voortgang door het vrouwelijk genitaal kanaal.

In vitro Fertilisatie

Aangezien het zaadplasma een belangrijke rol speelt in gebeurtenissen die tot bevruchting leiden, kan SHV ook leiden tot in vivo en in vitro complicaties die negatieve gevolgen hebben in de geassisteerde voortplantingstechnologische setting . Hy-pervisceus sperma veroorzaakt bepaalde moeilijkheden voor de correcte scheiding van spermatozoa en het aantal ervan. SHV wordt in verband gebracht met een slecht resultaat van gecontroleerde ovariële hyperstimulatie en intra-uteriene inseminatie. Het vermindert de bevruchtingspercentages bij patiënten die in vitro fertilisatieprogramma’s ondergaan. SHV kan ook leiden tot bepaalde technische problemen bij de behandeling van spermamonsters, wanneer Percoll-gradiënten worden gebruikt om sperma voor in-vitrofertilisatie voor te bereiden.

Deficiëntie in zinkopname

SHV, dat wordt veroorzaakt door de hypo-functie van de zaadblaasjes, kan leiden tot een verhoogd aandeel van prostaatvloeistof dat zink (Zn) bevat. Zink in het zaadplasma is hoofdzakelijk afkomstig van de prostaatklier en kan de functie van de prostaatsecretaresse weerspiegelen. Een verhoogd zinkgehalte in afwezigheid van een zinkligand voor de zaadblaasjes kan de chromatine decondensatie van sperma remmen, hetgeen kan resulteren in chromatine instabiliteit . Recente studies hebben melding gemaakt van verhoogde defecten in chromatine integriteit en verpakking bij patiënten met hypervisceus sperma . Slechte chromatine verpakking of integriteit wordt geassocieerd met sperma DNA-schade en een verhoogd risico op onvruchtbaarheid en zwangerschap uitkomst . Bovendien heeft zink anti-oxidatieve eigenschappen en speelt het als cofactor voor verschillende anti-oxidanten zoals Cu/Zn-superoxide dismutase . Gezien de antioxidatieve eigenschappen van zink, kan verminderde inname van zink bij patiënten met HSV leiden tot OS en vervolgens tot beschadiging van het DNA van het sperma, per-oxidatie van het membraan, apoptose en slechte spermakwaliteit .

Veranderingen in sporenelementen

SHV stimuleert niet alleen overproductie van reactieve zuurstofspecies (ROS) en oxidatieve schade door inductie van ontsteking, maar leidt ook tot veranderingen in de inhoud van het zaadplasma fructose, ascorbinezuur, calcium en zink, die op hun beurt negatieve invloeden uitoefenen op de spermafunctie of het bevruchtingsvermogen van spermatozoa. Mahran et al. meldden een significante negatieve correlatie tussen SHV en het fructose-, ascorbinezuur-, zink- en calciumgehalte in het zaadplasma. Zij stelden ook vast dat het verhoogde niveau van leukocyten negatief gecorreleerd is met ascorbinezuur, fructose, zink en calciumconcentraties. In een andere studie meldden Gonzales et al. verlaagde fructosegehaltes bij SHV-patiënten. Deze spoorelementen zijn noodzakelijk voor de spermatogenese, de energieproductie, de normale functie van spermatozoa, de beweeglijkheid van sperma, de bescherming van sperma tegen ROS en het bevruchtingsproces. Daarom heeft een verlaagde concentratie van deze elementen bij patiënten met hyperviskeus sperma een negatieve invloed op de spermatogenese, de kwaliteit van het sperma en de mannelijke vruchtbaarheid. Bovendien zijn fructose en ascorbinezuur biomarkers van de functie van de zaadblaasjes, terwijl calcium en zink biomarkers zijn van de functie van de prostaat. Dus, fysieke analyse van ejaculaat met inbegrip van viscositeit kan klinisch nuttig zijn voor de evaluatie van de secretorische activiteit van deze mannelijke accessoire klieren.

OS

OS geïnduceerd door vrije radicalen, met name ROS, wordt nu beschouwd als een van de belangrijkste idiopathische factoren die de menselijke spermatozoa beïnvloeden. Het wordt nu beschouwd als een van de belangrijkste redenen voor mannelijke onvruchtbaarheid, dat wil zeggen, 30 tot 40% van de onvruchtbare mannen hebben een verhoogd gehalte aan ROS in hun zaadplasma. Recente studies hebben aangetoond dat OS het belangrijkste mechanisme is van de effecten van HSV op de slechte spermakwaliteit. OS is een toestand waarbij het gehalte aan vrije radicalen het gehalte aan antioxidanten overweldigt. ROS zoals hydroxyl radicalen (OH- ), superoxide anion radicalen (O2-) en waterstofperoxide (H2O2) zijn zeer reactieve agentia die interageren met cellulaire macromoleculen om hun tekort aan elektronen te compenseren . Hoewel vrije radicalen essentieel zijn voor spermacapacitatie en acrosoomreactie bij fysiologische concentratie, kunnen ze DNA, eiwitten en lipiden oxideren bij hoge concentraties .

Menselijke spermacellen zijn bijzonder gevoelig voor ROS omdat ze een hoog gehalte aan meervoudig onverzadigde vetzuren in hun membraan hebben. Bovendien verliezen ze de meeste van hun cytoplasmatische antioxidanten tijdens de spermio-genese. Daarom kunnen verhoogde gehaltes aan ROS en vervolgens verlaagde gehaltes aan antioxidanten in het zaadplasma leiden tot een toename van de schade aan het DNA van zaadcellen, membraan lipide peroxidatie, en uiteindelijk tot beschadiging van zaadcellen en een verhoogd risico op mannelijke onvruchtbaarheid. 8-OHdG, malondialdehyde en proteïnecarbonyl zijn biomarkers van DNA-, proteïne- en lipide-oxidatie. Talrijke studies meldden verhoogde gehaltes van deze biomarkers in het zaadplasma van onvruchtbare patiënten.

Leukocyten, vooral neutrofielen en macrofagen, en disfunctionele spermatozoa zijn de belangrijkste endogene bronnen van ROS-productie in menselijk sperma. Overproductie van ROS in menselijk sperma beïnvloedt de mitochondriale functie van spermacellen en vervolgens de mo-tiliteit van sperma. Tijdens infectie of ontsteking kunnen leukocyten tot 100 keer meer ROS afgeven dan normaal en bijdragen tot OS . Een groot aantal studies hebben melding gemaakt van leukocytospermie bij onvruchtbare patiënten. Verhoogd aantal seminale plasma leukocyten en pro-inflammatoire cytokines zoals IL-6, IL-8, en tumor necrose factor wordt geassocieerd met overproductie van ROS, oxidatieve schade aan sperma DNA, membraan lipiden en vervolgens apoptose en sperma afwijkingen .

Leukocyten zijn met name verantwoordelijk voor de ontwikkeling van SHV, omdat ze tijdens de infectie verhoogd zijn en hoge niveaus van ROS produceren . Patiënten met hypervisceus sperma hebben een hoog percentage leukocyten in vergelijking met niet-hypervisceuze mannen. Recente studies hebben een significante positieve correlatie aangetoond tussen leukocytospermie en hypervisceus sperma. In een studie constateerden Mahran et al. leukocytospermie bij 37,5% van de onvruchtbare mannen met hyperviscositeitsperma. Bovendien was het verhoogde aantal leukocyten bij SHV-patiënten negatief gecorreleerd met de beweeglijkheid en vitaliteit van het sperma. Zij suggereerden dat SHV in 75% van de gevallen een gevolg lijkt te zijn van infectie of ontsteking. Elis et al. stelden voor dat anti-inflammatoire therapie milde SHV met succes kan behandelen.

Recente bewijzen hebben aangetoond dat OS geïnduceerd door ROS het belangrijkste mechanisme is van HSV op slechte kwaliteit van sperma en mannelijke onvruchtbaarheid bij patiënten met hyperviskeus sperma. OS is ook in verband gebracht met hypervisceus bloed. In een studie van Harisa et al. constateerden zij een stijging van de malon-dialdehyde- en proteïnecarbonylconcentraties bij patiënten met een hogere viscositeit van het bloed. Zij toonden ook aan dat toenemende concentraties van malondialdehyde en proteïnecarbonyl gecorreleerd zijn met toenemende viscositeitsgraden. In een andere studie van Kasperczyk et al. meldden zij dat de viscositeit van volbloed geassocieerd is met OS, erytrocytenaggregatie en een verlaagd niveau van malondialdehyde.

Hoewel deze gegevens suggereren dat OS bijdraagt aan SHV, is het exacte mechanisme waarbij SHV OS verhogen niet goed begrepen. Een van deze mechanismen houdt waarschijnlijk verband met het verhoogde niveau van abnormale spermacellen bij patiënten met SHV. Patiënten met hyperviskeus sperma hebben een hoger percentage abnormale spermatozoa in hun sperma in vergelijking met gezonde personen. Aangezien disfunctionele spermatozoa een van de belangrijkste bronnen van ROS-productie zijn, kan een hoger aantal onrijpe en abnormale spermacellen bij SHV-patiënten het hogere voorkomen van OS in hun sperma verklaren. Bovendien is het aantal leukocyten, als de andere belangrijke bron van ROS-productie, in het sperma van HSV-patiënten groter dan dat bij mannen met normaal sperma. Daarom kan een verhoogd aantal leukocyten als gevolg van ontsteking of infectie bij HSV-patiënten worden beschouwd als de andere belangrijke redenen voor de overproductie van ROS en OS bij deze patiënten. Verhoogde ROS bij SHV-patiënten kan de effectieve concentratie van antioxidanten in het zaadplasma verlagen, waardoor de schadelijke effecten van ROS op spermatozoa toenemen. De aantasting van de antioxidanten in het sperma kan dus beschouwd worden als een van de belangrijkste mechanismen die SHV heeft op de slechte kwaliteit van het sperma. In een studie van Siciliano e.a. werd melding gemaakt van een ernstige aantasting van zowel de antioxidanten met een hoog als met een laag moleculair gewicht bij SHV-patiënten. Layali et al. gaven aan dat hyperviscerend sperma de totale antioxidantcapaciteit van het zaadplasma aantast, wat uiteindelijk geassocieerd wordt met peroxidatie van het spermamembraan met lipiden. Evenzo vonden Aydemir et al. hogere malondialdehydegehalten in het zaadplasma van patiënten met hyperviskeus sperma in vergelijking met niet-viskeus individuen. Deze resultaten suggereren dat een verhoogd aantal abnormale spermacellen en ontstekingsbevorderende cytokines, evenals een ernstige aantasting van antioxidanten, die geassocieerd worden met een verhoogde lipide peroxidatie van het spermamembraan, de belangrijkste reden kunnen zijn voor de lage kwaliteit van sperma bij SHV-patiënten.

Conclusie

SHV kan worden beschouwd als een van de belangrijkste redenen voor de slechte kwaliteit van sperma bij mannen met hyperviskeus sperma. Afwijking van de beweeglijkheid van het sperma, tekort aan zinkopname, veranderingen in sporenelementen, slechte kwaliteit van het sperma, toename van het aantal leukocyten en ROS productie, en OS zijn de belangrijkste mechanismen waardoor SHV afwijkingen in het sperma en mannelijke onvruchtbaarheid induceert. Aantasting van de antioxidant en OS in het zaadplasma is het belangrijkste mechanisme van SHV, dat in verband kan worden gebracht met beschadiging van het DNA van het sperma, peroxidatie van het membraan door lipiden, chromatine-instabiliteit van het sperma en een laag bevruchtingspercentage. Daarom kan behandeling met antioxidanten nuttig zijn bij patiënten met hyperviscerend sperma om de spermacellen tegen oxidatieve schade te beschermen. Verdere studies naar mogelijke behandelingen voor en oorzaken van SHV zijn echter essentieel om de vruchtbaarheid en het succes van geassisteerde voortplantingstechnologische procedures te verbeteren.

Acknowledgments

Wij zijn veel dank verschuldigd aan onze vroegere en huidige medewerkers.

Esfandiari N, Burjaq H, Gotlieb L, Casper RF: Seminal hyperviscosity is associated with poor outcome of in vitro fertilization and embryo transfer: a prospective study. Fertil Steril 2008;90:1739-1743.

Externe bronnen

• Pubmed/Medline (NLM)
• Crossref (DOI)

Du Plessis SS, Gokul S, Agarwal A: Semen hyperviscosity: causes, consequences, and cures. Front Biosci (Elite Ed) 2013;5:224-231.

Externe bronnen

• Pubmed/Medline (NLM)
• Crossref (DOI)

Mendeluk GR, Munuce MJ, Carizza C, Sardi M, Bregni C: Sperm motility and ATP content in seminal hyperviscosity. Arch Androl 1997;39:223-227.

Externe bronnen

• Pubmed/Medline (NLM)
• Crossref (DOI)

Mahran Z, El-Eraki Saleh M: Human semen hyperviscosity: prevalence and effects on physical and biochemical semen parameters in subfertile Egyptian men. Egypt J Dermatol Venerol 2014;34:135-139.

Externe bronnen

• Crossref (DOI)

Elzanaty S, Malm J, Giwercman A: Vis-co-elasticity of seminal fluid in relation to the epididymal and accessory sex gland function and its impact on sperm motility. Int J Androl 2004;27:94-100.

Externe bronnen

• Pubmed/Medline (NLM)
• Crossref (DOI)

Esfandiari N, Gotlieb L, Casper RF: Seminal hyperviscosity is associated with poor outcome of controlled ovarian stimulation and intrauterine insemination: a prospective study. Int J Fertil Womens Med 2006;51:21-27.

Externe bronnen

• Pubmed/Medline (NLM)

Khan MS, Zaman S, Sajjad M, Shoaib M, Gilani G: Assessment of the level of trace element zinc in seminal plasma of males and evaluation of its role in male infertility. Int J Appl Basic Med Res 2011;1:93-96.

Externe bronnen

• Pubmed/Medline (NLM)
• Crossref (DOI)