Niepłodność męska
Patofizjologia i mechanizm
Niepłodność męska dotyka około 7% populacji mężczyzn i jest przyczyną w około 50% przypadków niepłodności par. Etiologia jest złożona i obejmuje zaburzenia endokrynologiczne (2-5%), defekty jąder (65-80%), zaburzenia transportu nasienia (5%) oraz przyczyny idiopatyczne (10-20%). Klasyfikacja obejmuje także podział na przyczyny poddające się leczeniu (18%), niepoprawialną niepłodność (70%) oraz nieuleczalną bezpłodność (12%). Patogeneza obejmuje dysfunkcje osi podwzgórze-przysadka-gonady, zaburzenia spermatogenezy, stres oksydacyjny indukowany nadmierną produkcją reaktywnych form tlenu (ROS), dysfunkcję mitochondrialną (szczególnie mitochondrialną fosforylację oksydacyjną – OXPHOS), a także czynniki genetyczne, takie jak mutacje w genie RBM5, delecje chromosomu Y czy zespół Klinefeltera (47, XXY). Żylaki powrózka nasiennego są najczęstszą chirurgicznie korygowalną przyczyną, prowadzącą do hipertermii jąder i stresu oksydacyjnego, co negatywnie wpływa na parametry nasienia. Autoimmunizacja przeciwko antygenom plemników oraz infekcje dróg rozrodczych (w tym wirusy HPV, CMV, EBV, SARS-CoV-2, ZIKV) również odgrywają istotną rolę w patogenezie niepłodności męskiej.
- Niepłodność męska – patogeneza i mechanizmy zaburzeń
- Oś podwzgórze-przysadka-gonady w patogenezie niepłodności męskiej
- Spermatogeneza i jej zaburzenia
- Genetyczne czynniki niepłodności męskiej
- Żylaki powrózka nasiennego w patogenezie niepłodności męskiej
- Autoimmunizacja i zapalenie w patogenezie niepłodności męskiej
- Infekcje wirusowe i bakteryjne w patogenezie niepłodności męskiej
- Leki i niepłodność męska
- Sulfasalazyna i niepłodność męska
- Steroidy anaboliczne i testosteron a niepłodność męska
- Klomifen w poprawie płodności męskiej
- Czynniki środowiskowe w patogenezie niepłodności męskiej
- Otyłość a niepłodność męska
- Inne mechanizmy niepłodności męskiej
- Mikrodeletany białek tubuliny wpływające na ruchliwość plemników
- Deficyt protamin i niepłodność męska
- Rola białka FANCM w patogenezie niepłodności męskiej
- Wrodzony obustronny brak nasieniowodów (CBAVD)
- Zaburzenia ejakulacji jako przyczyna niepłodności męskiej
- Diagnostyka i leczenie niepłodności męskiej
Niepłodność męska – patogeneza i mechanizmy zaburzeń
Niepłodność męska jest złożonym schorzeniem, które dotyka około 7% populacji mężczyzn i stanowi istotny czynnik w około 50% wszystkich przypadków niepłodności par. Podstawowa definicja określa niepłodność jako niezdolność pary do poczęcia pomimo regularnego, niezabezpieczonego współżycia przez okres co najmniej jednego roku. Mężczyzna jest wyłącznie odpowiedzialny za niepłodność w około 20% przypadków, a w kolejnych 30-40% jest jednym z czynników przyczyniających się do problemów z płodnością pary.123
Klasyfikacja niepłodności męskiej
Przyczyny męskiej niepłodności można sklasyfikować w oparciu o ich etiologię na następujące kategorie:45
- Zaburzenia endokrynologiczne (zazwyczaj z powodu hipogonadyzmu) – około 2-5% przypadków
- Zaburzenia transportu nasienia (np. po wazektomii) – około 5% przypadków
- Pierwotne defekty jąder (obejmujące nieprawidłowe parametry nasienia bez identyfikowalnej przyczyny) – około 65-80% przypadków
- Przyczyny idiopatyczne (gdzie niepłodny mężczyzna ma prawidłowe parametry nasienia) – około 10-20% przypadków
Alternatywnie, niepłodność męską można klasyfikować w oparciu o możliwości interwencji medycznej:65
- Przyczyny poddające się leczeniu (18% przypadków) – azoospermia obstrukcyjna, torbiele przewodu wytryskowego i środkowej części prostaty, niedobór gonadotropin, zaburzenia funkcji seksualnych, autoimmunizacja przeciwko plemnikom, żylaki powrózka nasiennego oraz odwracalne skutki działania toksyn
- Niepoprawialna niepłodność lub subfertylność (70% przypadków) – oligozoospermia, astenozoospermia, teratozoospermia i normospermia z defektami funkcjonalnymi (zazwyczaj wymaga technik wspomaganego rozrodu)
- Nieuleczalna bezpłodność męska (12% przypadków) – pierwotna niewydolność kanalików nasiennych, zespół samych komórek Sertoliego oraz obustronna orchidektomia
Można również sklasyfikować niepłodność męską biorąc pod uwagę lokalizację zaburzeń:67
- Przyczyny przedjądrowe – hipogonadyzm hipogonadotropowy, zaburzenia erekcji, zaburzenia ejakulacji (np. wytrysk wsteczny, anejakulacja), czynniki genetyczne i aberracje chromosomowe
- Zaburzenia jądrowe – guzy jąder, orchidektomia, pierwotna dysfunkcja jąder, wnętrostwo i zanik jąder
- Żylaki powrózka nasiennego – zaburzające termoregulację jąder poprzez zakłócenie mechanizmu wymiany ciepła w splocie żylnym powrózka nasiennego
- Dysfunkcja najądrzy – spowodowana ekspozycją na estrogeny w życiu płodowym, toksyny, torbiele najądrzy, zapalenie najądrzy lub przyczyny idiopatyczne
- Przyczyny pozajądrowe – uszkodzenia dróg nasiennych, choroby zapalne, wrodzony brak nasieniowodów, stan po wazektomii, zaburzenia erekcji, przedwczesny wytrysk oraz stosowanie prezerwatyw lub diafragmy
Oś podwzgórze-przysadka-gonady w patogenezie niepłodności męskiej
Funkcje gonadalne i seksualne są regulowane przez oś podwzgórze-przysadka-gonady, będącą systemem zamkniętej pętli z mechanizmem sprzężenia zwrotnego z jąder. Podwzgórze, jako główny ośrodek integracji, reaguje na różne sygnały z ośrodkowego układu nerwowego, przysadki mózgowej i jąder, wydzielając gonadoliberynę (GnRH) w pulsacyjnym wzorcu co około 70-90 minut.8
Uwalnianie GnRH jest stymulowane przez melatoninę z szyszynki i hamowane przez testosteron, inhibinę, kortykoliberynę, opiaty, choroby i stres. GnRH podróżuje przez układ wrotny do przedniego płata przysadki mózgowej, wywołując uwalnianie gonadotropin – hormonu luteinizującego (LH) i hormonu folikulotropowego (FSH). Te hormony są kluczowe dla produkcji plemników i syntezy testosteronu.910
Pulsacyjny charakter wydzielania GnRH jest niezbędny dla prawidłowego uwalniania gonadotropin; ciągła stymulacja hamuje ich wydzielanie. Prolaktyna hamuje produkcję GnRH z podwzgórza oraz LH i FSH z przysadki. Uwalnianie gonadotropin jest modulowane przez różne sygnały, takie jak estradiol (silny inhibitor uwalniania zarówno LH, jak i FSH) oraz inhibina z komórek Sertoliego, która powoduje selektywne zmniejszenie uwalniania FSH.9
Komórki Sertoliego wydzielają również inhibinę, która zapewnia negatywne sprzężenie zwrotne na podwzgórze, oraz białko wiążące androgeny, które pomaga modulować aktywność androgenów w kanalikach nasiennych.11
Wszelkie leki, guzy, choroby lub zaburzenia wpływające na przysadkę mózgową lub podwzgórze mogą potencjalnie powodować niepłodność męską poprzez zmianę wydzielania gonadoliberyny lub powodując niedobór gonadotropin, jak w przypadku idiopatycznego hipogonadyzmu hipogonadotropowego (IHH), zespołu Kallmanna (IHH z anosmią) oraz złożonego niedoboru hormonów przysadki.12
Guzy przysadki, takie jak guzy siodła tureckiego, makrogruczolaki i prolaktynoma, również powodują niepłodność męską z powodu zaburzeń wydzielania gonadotropin, podobnie jak różne przyczyny genetyczne, takie jak zespoły Pradera-Williego, Younga i Laurence’a-Moona-Biedla.1213
Różne nabyte zaburzenia, takie jak pierwotna nadprodukcja androgenów i egzogenna suplementacja testosteronem, bezpośrednio zmniejszają wydzielanie gonadotropiny, powodując zmniejszenie liczby plemników i niepłodność.1214
Spermatogeneza i jej zaburzenia
Spermatogeneza to złożony proces rozwoju plemników. Cały proces rozwoju od spermatogonium do spermatydy trwa 74 dni i jest opisywany w 14 etapach; w miarę dojrzewania rozwijające się spermatydy przemieszczają się bliżej światła kanalika nasiennego. Akrosom, powstający z aparatu Golgiego, otacza jądro od przodu i zawiera enzymy niezbędne do penetracji komórki jajowej.11
Najądrze dodatkowo wydziela substancje do odżywiania i ochrony plemników, takie jak glicerofosforycholina, karnityna i kwas sialowy.11
Zaburzenia spermatogenezy mogą być spowodowane wieloma czynnikami. Najczęstszą przyczyną nabytej niewydolności jąder u dorosłych jest wirusowe zapalenie jąder, np. wywołane przez wirus świnki, echowirus lub arbowirus grupy B.15
Wirus może bezpośrednio uszkodzić kanaliki nasienne lub pośrednio spowodować uszkodzenie niedokrwienne, ponieważ intensywny obrzęk prowadzi do ucisku na twardą osłonkę białawą jądra. Około jednej czwartej dorosłych, którzy chorują na świnkę, rozwinie zapalenie jąder. Z nich jedna trzecia będzie miała chorobę obustronną.1615
Przyczyny niewydolności jąder obejmują również choroby ziarniniakowe, anemię sierpowatokrwinkową i nadmierne spożycie alkoholu, palenie papierosów, kofeiny lub marihuany.15
Infekcje przenoszone drogą płciową, takie jak zakażenia Chlamydia trachomatis, Neisseria gonorrhoeae, mykoplazmy narządów płciowych, Trichomonas vaginalis i wirusa brodawczaka ludzkiego (HPV), mogą zmniejszać liczbę plemników i ich ruchliwość. Przewlekłe zapalenie prostaty i zapalenie najądrzy spowodowane infekcją bakteryjną lub wirusową mogą również prowadzić do niepłodności męskiej.1517
Mężczyźni z wnętrostwem mają tendencję do niższej płodności niż mężczyźni bez tej historii, nawet jeśli wnętrostwo zostało chirurgicznie skorygowane we wczesnym wieku. Uważa się, że wynika to z wrodzonej wady jądrowej. Mężczyźni z wnętrostwem mają zwykle gorszą jakość nasienia (niższa ruchliwość, wysoka nieprawidłowa morfologia) i niższą liczbę plemników.18
Rola stresu oksydacyjnego w niepłodności męskiej
Reaktywne formy tlenu (ROS) odgrywają kluczową rolę w określaniu kompetencji funkcjonalnej ludzkich plemników. Gdy są wytwarzane w umiarkowanych ilościach, ROS promują kapacytację plemników poprzez ułatwianie wypływu cholesterolu z błony komórkowej, zwiększanie wytwarzania cAMP, indukcję alkalizacji cytoplazmy, zwiększenie wewnątrzkomórkowego poziomu wapnia i stymulację fosforylacji białek. Jednak gdy wytwarzanie ROS jest nadmierne i/lub mechanizmy obrony antyoksydacyjnej układu rozrodczego są zaburzone, może wystąpić stres oksydacyjny, który zakłóca zdolność zapładniającą plemników i integralność strukturalną ich DNA.19
Stres oksydacyjny w męskiej linii zarodkowej stał się szerokim polem badań obejmującym promocję i supresję produkcji i funkcji plemników, a także zmiany genetyczne i epigenetyczne w linii zarodkowej, które wpływają na zdrowie i samopoczucie potomstwa.20
Jednym ze źródeł ROS w ejakulacie są leukocyty. Infiltracja leukocytów do męskiego układu rozrodczego wiąże się ze wzrostem biomarkerów uszkodzenia peroksydacyjnego, takich jak dialdehyd malonowy, zwiększone wytwarzanie ROS w nasieniu oraz wskaźniki stresu oksydacyjnego w plemnikach, w tym fragmentacja DNA, tworzenie 8OHdG w jądrze plemnika i zmniejszona ruchliwość plemników.20
Drugim źródłem ROS w ejakulacie są same plemniki. Wiadomo od 1946 roku, że plemniki są zdolne do generowania ROS, chociaż dokładne mechanizmy jeszcze nie zostały w pełni poznane.20
W ludzkich plemnikach ROS mogą być generowane przez mitochondria, które przy zaburzeniach mogą prowadzić do utraty ruchliwości plemników i indukcji apoptozy plemników. Zdolność 4-HNE (produktu peroksydacji lipidów) do przyłączania się do białek mitochondrialnych i stymulowania wytwarzania ROS przez mitochondria jest dodatkowo wzmocniona przez tendencję tego aldehydu do tworzenia adduktów z dehydrogenazą aldehydową (ALDH), kluczowym enzymem w ochronie plemników przed stresem oksydacyjnym.21
Inną klasą enzymów, które uczestniczą w produkcji ROS przez ludzkie plemniki, są oksydazy NADPH (NOX). Fizjologicznym celem tej oksydazy wydaje się być regulacja redoksowa kapacytacji plemników. Stymulacja aktywności oksydazy L-aminokwasów w ludzkich plemnikach prowadzi do indukcji kilku markerów kapacytacji, w tym fosforylacji tyrozyny w wici plemnika i jednoczesnej aktywacji ekspresji fosfo-SRC.21
Oprócz nadmiernego wytwarzania ROS, stres oksydacyjny może być również spowodowany niedoborem dostępnej ochrony antyoksydacyjnej. Chociaż powszechnie wiadomo, że wadliwa jakość nasienia jest często związana z niskim poziomem ochrony antyoksydacyjnej w nasieniu, trudno jest zawsze rozróżnić przyczynę i skutek w takich okolicznościach.22
Podsumowując, nie ma wątpliwości, że stres oksydacyjny jest głównym czynnikiem przyczyniającym się do niepłodności męskiej i żeńskiej. Ponadto taki stres może mieć znaczący wpływ na zdrowie i samopoczucie przyszłych pokoleń w wyniku zarówno epigenetycznych, jak i genetycznych uszkodzeń linii zarodkowej indukowanych oksydacyjnie.22
Rola mitochondriów w niepłodności męskiej
Mitochondria są niezbędnymi organellami, które utrzymują homeostazę komórkową i normalne funkcje fizjologiczne na różne sposoby, w tym poprzez mitochondrialną fosforylację oksydacyjną (OXPHOS). Mitochondrialna OXPHOS przekazuje elektrony przez łańcuch oddechowy, syntetyzuje adenozynotrifosforan (ATP) i wytwarza reaktywne formy tlenu (ROS).23
Zakłócenie mitochondrialnej OXPHOS spowodowane czynnikami zewnętrznymi może prowadzić do niewystarczającego dostarczania energii komórkowej, stresu oksydacyjnego, apoptozy lub ferroptosis, które hamują spermatogenezę i uszkadzają męski układ rozrodczy, prowadząc do niepłodności męskiej.23
OXPHOS jest kluczowym procesem dla utrzymania zapotrzebowania energetycznego i dostarczania składników odżywczych do komórek Sertoliego i komórek rozrodczych podczas spermatogenezy. Przerwanie OXPHOS może wywołać zaburzenia metabolizmu energetycznego, zwiększony stres oksydacyjny oraz występowanie apoptozy i ferroptosis w komórkach Sertoliego lub komórkach rozrodczych, zakłócając prawidłowy przebieg spermatogenezy i powodując problemy z płodnością męską, takie jak zmniejszona ruchliwość plemników i astenozoospermia.24
Uszkodzenie mitochondrialnej OXPHOS w komórkach Sertoliego powoduje zaburzenia metabolizmu energetycznego, stres oksydacyjny, apoptozę i ferroptosis, które są kluczowymi czynnikami w zaburzeniach spermatogenezy i niepłodności męskiej.24
Upośledzenie mitochondrialnej OXPHOS w komórkach Sertoliego prowadzi do niewystarczającej produkcji ATP i nadmiernej produkcji ROS, które pochodzą głównie z kompleksów I i III w łańcuchu oddechowym. Nadmierna produkcja ROS prowadzi do depolaryzacji wewnętrznej błony mitochondrialnej, dalej zwiększając produkcję ROS. Wysokie poziomy ROS, które przekraczają zdolność antyoksydacyjną, powodują stres oksydacyjny.24
Apoptoza komórek Sertoliego zakłóca proliferację spermatogoniów i mejozę spermatocytów, powodując zaburzenia spermatogenezy i zmniejszoną płodność męską.2526
Dysfunkcja mitochondrialnej OXPHOS w komórkach Sertoliego prowadzi do niewystarczającej syntezy ATP i zwiększonej produkcji ROS, upośledzając funkcję komórkową i uniemożliwiając komórkom dostarczanie wystarczającej energii i składników odżywczych do komórek rozrodczych.2527
Apoptoza jest ważną przyczyną niepłodności męskiej. Sygnalizacja mitochondrialna zapośredniczająca wewnętrzną apoptozę odgrywa kluczową rolę w regulacji apoptozy pierwotnych komórek rozrodczych. Wysoki poziom ROS prowadzi do apoptozy komórek rozrodczych.28
Nieprawidłowa mitochondrialna OXPHOS jest ściśle związana z ferroptosis. Ferroptosis to nowy rodzaj śmierci komórki, różniący się od apoptozy. Jego przejawy morfologiczne to głównie zmiany mitochondrialne, w tym kurczenie się mitochondriów, zmniejszenie grzebieni mitochondrialnych i pęknięcie zewnętrznej błony mitochondrialnej.2526
Mitochondrialna syntaza ATP katalizuje syntezę ATP do magazynowania energii i jest niezbędna do przeżycia i dojrzewania komórek rozrodczych podczas spermatogenezy.28
Wysokie temperatury powodują zaburzenia OXPHOS w tkance jądrowej, co może prowadzić do niepłodności, szczególnie w przypadkach wnętrostwa.29
Genetyczne czynniki niepłodności męskiej
Genetyczne czynniki odgrywają istotną rolę w patogenezie niepłodności męskiej. W około 15% przypadków niepłodność męska wiąże się ze znanymi zaburzeniami genetycznymi, obejmującymi zarówno aberracje chromosomowe, jak i mutacje pojedynczych genów.30
Wśród przyczyn genetycznych można wymienić:4
- Mutacje genu regulatora przewodnictwa przezbłonowego mukowiscydozy (CFTR)
- Pierwotna dyskineza rzęsek
- Zespół Kallmanna
- Zespół Klinefeltera
- Zespół Younga
- Zespół samych komórek Sertoliego
- Niedobory genów Kal-1, Kal-2, FSH, LH, FGFS, GnRH1/GNRHR PROK2/PROK2R
- Anomalie chromosomowe
- Mikrodelecje chromosomu Y
- Mutacje receptora androgenowego (AR)
- Delecje gr/gr
W około 40% przypadków pierwotnej niewydolności jąder etiologia pozostaje nieznana, a część z nich prawdopodobnie jest spowodowana przez jeszcze niezidentyfikowane anomalie genetyczne.30
Zespół Klinefeltera to genetyczna mutacja, w której mężczyzna ma XXY zamiast zwykłych chromosomów XY. Pacjenci są zwykle niepłodni z hipogonadyzmem. Istnieje spektrum objawów, ale najbardziej typowymi są obustronne zanikowe lub przerosłe jądra, zmniejszona masa mięśniowa, skąpe owłosienie ciała i twarzy oraz ginekomastia. Często diagnoza nie jest stawiana aż do dorosłości, a niepłodność z azoospermią lub ciężką oligozoospermią jest częstym objawem prezentującym.1831
Destrukcja i hialinizacja kanalików nasiennych powoduje zmniejszenie funkcji komórek Sertoliego i komórek Leydiga, prowadząc do zmniejszonej produkcji FSH i testosteronu. Skutkuje to upośledzeniem spermatogenezy i dalszą dysfunkcją endokrynologiczną.31
Mężczyźni z zespołem Klinefeltera mają dodatkowy chromosom X, co oznacza, że ich genetyczny skład to 47, XXY zamiast zwykłego 46, XY. Zazwyczaj tracą duże ilości kluczowych komórek rozrodczych przed okresem dojrzewania. Oznacza to, że produkują bardzo mało lub wcale plemników.323334
Naukowcy odkryli, że obecność dodatkowego chromosomu X powoduje, że oba chromosomy X pozostają aktywne w płodowych komórkach rozrodczych, powodując przeciążenie niektórych genów. Ten wzrost genów zakłóca ważne szlaki biologiczne i uniemożliwia prawidłowe dojrzewanie komórek.3234
Dodatkowo komórki te nie mogą przemieszczać się do odpowiedniej lokalizacji w jądrach, co jest konieczne, aby mogły rozwinąć się w dojrzałe komórki produkujące plemniki. Z nieprawidłową aktywnością genów i zakłóconym ruchem komórki te są tracone wcześnie, na długo przed rozwinięciem się w funkcjonalne plemniki.3235
Naukowcy zaobserwowali, że stosowanie inhibitorów TGF-β może pomóc tym płodowym komórkom rozrodczym normalnie dojrzewać, wskazując na możliwe metody leczenia niepłodności u mężczyzn z zespołem Klinefeltera.363335
Badacze z Newcastle University zidentyfikowali nowy mechanizm genetyczny, który może powodować ciężkie formy niepłodności męskiej. Badanie opublikowane w Nature Communications wykazało, że nowe mutacje, nieprzekazywane przez ojca ani matkę, odgrywają główną rolę w tym schorzeniu. Eksperci odkryli, że mutacje występujące podczas procesu reprodukcji, gdy DNA obu rodziców jest replikowane, mogą powodować niepłodność u mężczyzn w późniejszym życiu.373839
Naukowcy zebrali i przeanalizowali DNA od globalnej kohorty 185 niepłodnych mężczyzn i ich rodziców. Zidentyfikowali 145 rzadkich mutacji zmieniających białka, które prawdopodobnie negatywnie wpływają na płodność męską. Aż 29 z tych mutacji wpływa na geny bezpośrednio zaangażowane w procesy związane ze spermatogenezą – procesem rozwoju komórek plemnikowych – lub inne procesy komórkowe związane z reprodukcją.3840
Eksperci zidentyfikowali mutacje w genie RBM5 u wielu niepłodnych mężczyzn. Wcześniejsze badania przeprowadzone na myszach wykazały, że gen ten odgrywa rolę w niepłodności męskiej. Co ważne, mutacje te w większości powodują dominującą formę niepłodności, gdzie wymagany jest tylko jeden zmutowany gen. Badania te wskazują, że znaczna część tych dzieci może odziedziczyć niepłodność po ojcu.4140
Mutacje i polimorfizmy związane z niepłodnością męską
W ostatnich latach rozwijane są nowe techniki badawcze, takie jak sekwencjonowanie nowej generacji (NGS), które powinny rozszerzyć możliwości diagnostyczne w zakresie niepłodności męskiej. Mutacje w kilkuset genach mogą potencjalnie prowadzić do niepłodności, a każda z nich prawdopodobnie odpowiada tylko za niewielki odsetek przypadków.42
Chociaż te nowe podejścia z pewnością pomogą w odkrywaniu ukrytych czynników genetycznych, pełniejszy obraz etiopatogenezy idiopatycznej niepłodności męskiej zostanie osiągnięty tylko dzięki równoległym badaniom złożonego świata interakcji genów ze środowiskiem i epigenetyką.42
Poszukiwanie ukrytych czynników genetycznych, szczególnie polimorfizmów, u pacjentów z idiopatyczną niepłodnością zostało zintensyfikowane w późnych latach 90., ponieważ to podejście okazało się skuteczne w niektórych innych złożonych wieloczynnikowych chorobach.42
Od 2009 roku nowe podejścia, takie jak macierze polimorfizmu pojedynczego nukleotydu (SNP), porównawcza hybrydyzacja genomowa-macierz (array-CGH) i sekwencjonowanie nowej generacji (NGS), dostarczyły ważnych danych również o rzadkich wariantach genetycznych.42
Wyniki uzyskane do 2007 roku zostały podsumowane w metaanalizie, która wykazała istotny związek z upośledzeniem spermatogenezy tylko dla dwóch czynników genetycznych: częściowej delecji AZFc (delecja gr/gr) oraz wariantu rs1801133 (c.677C→T) w genie MTHFR.43
Chociaż wiarygodność obecnie dostępnych metaanaliz jest w dużej mierze ograniczona przez niejednorodne kryteria włączenia stosowane do selekcji pacjentów i kontroli, metaanalizy wskazują na pewne SNP, które wykazują istotny związek z niewydolnością spermatogenezy.43
Ostatnia metaanaliza, która obejmowała 26 opublikowanych badań (5575 przypadków i 5447 kontroli z populacji azjatyckich, afrykańskich i kaukaskich), wskazała, że wariant MTFHR jest związany z azoospermią (AZ) i oligoastenoteratozoospermią (OAT), ale nie z oligozoospermią.43
Ogólnie rzecz biorąc, dla obu SNP predyspozycja do AZ i OAT jest umiarkowana, co sugeruje marginalną rolę biologiczną tego SNP w niepłodności. Kontrowersje mogą zależeć od różnego pochodzenia etnicznego (częstość wariantu różni się między różnymi populacjami), a penetracja tej mutacji prawdopodobnie zależy od diety, np. osoby noszące wariant mogą mieć większe ryzyko niepłodności męskiej w przypadkach niskiego spożycia folianów.44
Najlepszymi genami kandydatami są te o specyficznej ekspresji w komórkach rozrodczych lub te, które mają specyficzną funkcję spermatogenną lub odgrywają ważne role w mejozie lub endokrynnej regulacji jądra.44
Poszukiwanie ukrytych czynników genetycznych było w dużej mierze nieskuteczne w identyfikacji powtarzających się czynników genetycznych z potencjalnym zastosowaniem klinicznym. W tym względzie biologia systemowa, która pozwala ujawnić możliwe interakcje genów i wspólne szlaki biologiczne, dostarczy narzędzie informacyjne do interpretacji danych NGS.44
Żylaki powrózka nasiennego w patogenezie niepłodności męskiej
Żylaki powrózka nasiennego to najczęściej identyfikowana, chirurgicznie korygowalna zmiana związana z niepłodnością męską. Chirurgiczna korekcja żylaków powrózka nasiennego, czy to jednostronnych, czy obustronnych, skutkuje poprawą nie tylko parametrów nasienia, ale także wskaźników ciąż spontanicznych i wspomaganych.45
Żylaki powrózka nasiennego mogą prowadzić do niepłodności z powodu uszkodzenia niedokrwiennego jąder, zastoju żylnego, miejscowej hipertermii i hipoandrogenenizmu. Charakteryzują się powiększeniem splotu żylnego powrózka nasiennego, co może być spowodowane obecnością nieprawidłowo funkcjonujących zastawek. U tych pacjentów funkcja jąder jest zaburzona z powodu wstecznego przepływu krwi.4647
Żylaki powrózka nasiennego powodują więc szkodliwy wpływ na spermatogenezę, wywołując stan hipertermii jąder, hipoksji i stresu oksydacyjnego. Drastycznie zmieniają parametry nasienia, a pacjenci ci wykazują upośledzoną płodność.46
Mechanizmy związane z patofizjologią żylaków powrózka nasiennego są złożone i wieloczynnikowe. Pomimo znacznej liczby badań na zwierzętach i ludziach, dokładny mechanizm, przez który żylaki powrózka nasiennego powodują upośledzoną funkcję jąder, pozostaje niepewny. Teorie obejmują nieprawidłowo wysoką temperaturę moszny, hipoksję z powodu zastoju żylnego, rozcieńczenie substratów wewnątrzjądrowych (np. testosteronu), zaburzenia równowagi osi podwzgórze-przysadka-gonady oraz refluks metabolitów nerkowych i nadnerczowych w dół żyły nasiennej.48
Ponadto tlenek azotu, reaktywne formy tlenu i regulatory apoptozy zostały niedawno wskazane w patofizjologii żylaków powrózka nasiennego.48
Najbardziej intensywnie badaną teorią patofizjologiczną jest teoria podwyższonej temperatury jąder. Od dawna obserwowano, że nawet niewielka fluktuacja temperatury może wpływać na spermatogenezę i funkcję plemników. Sugerowano, że żylaki powrózka nasiennego upośledzają termoregulację jąder poprzez zakłócenie mechanizmu wymiany ciepła w przeciwprądzie w splocie żylnym powrózka nasiennego.48
Niedawno Wright i współpracownicy wykazali u ludzi, że temperatura powierzchni skóry moszny była podwyższona u mężczyzn z żylakami powrózka nasiennego w porównaniu do pacjentów kontrolnych. Po podwiązaniu żylaków temperatura moszny wróciła do poziomu prawie identycznego z kontrolą. Wcześniejsze badania wykazały, że temperatura powierzchni skóry moszny wiarygodnie odzwierciedla temperaturę wewnątrzjądrową.49
Żylaki powrózka nasiennego prowadzą do zwiększonej częstości niedojrzałości plemników, apoptozy i martwicy z poważnymi zaburzeniami segregacji mejotycznej w porównaniu z płodnymi mężczyznami bez żylaków powrózka nasiennego. Parametry te generalnie poprawiają się po naprawie.15
Żylaki powrózka nasiennego są związane z męską niepłodnością, najprawdopodobniej poprzez upośledzenie termoregulacji jąder z powodu zakłócenia mechanizmu regulacji ciepła w splocie żylnym powrózka nasiennego.67
Niepłodność męska związana z żylakami powrózka nasiennego objawia się w konsekwencji wysokiego poziomu stresu oksydacyjnego i dysfunkcji mitochondrialnej. Profil proteomiczny plemników pacjentów z żylakami powrózka nasiennego wykazał, że 87% białek różnicowo wyrażanych (DEP) zaangażowanych w funkcję plemników i metabolizm energetyczny było obniżonych zarówno u pacjentów z jednostronnymi, jak i obustronnymi żylakami powrózka nasiennego.50
Inne białka łańcucha transportu elektronów i specyficzne dla jąder białko PDH zostały zasugerowane jako potencjalne nieinwazyjne biomarkery dysfunkcji mitochondrialnej u pacjentów z żylakami powrózka nasiennego.50
Większość tych DEP była zaangażowana w ważne komórkowe funkcje molekularne, w tym wiązanie jonów i aktywność oksydoreduktazy, a także procesy biologiczne, takie jak proces metaboliczny małych cząsteczek, odpowiedź na stres, transdukcja sygnału i proces modyfikacji białek komórkowych.51
Dysregulacja funkcji plemników (kapacytacja, hiperaktywacja i reakcja akrosomalna) oraz funkcji reprodukcyjnych (wiązanie z osłonką przejrzystą i zapłodnienie) u pacjentów z obustronnymi żylakami powrózka nasiennego była bardziej wyraźna z powodu różnicowej ekspresji białek.51
Żylaki powrózka nasiennego są związane z podwyższoną produkcją reaktywnych form tlenu przez plemniki i zmniejszoną zdolnością antyoksydacyjną osocza nasienia. Korekcja żylaków powrózka nasiennego poprawia poziomy ROS i TAC. Warikocelektomia przynosi korzyści nawet mężczyznom z ciężką oligospermią i azoospermią.45
Ogólnie rzecz biorąc, warikocelektomia ma poprawić parametry nasienia u co najmniej 60-70% pacjentów z klinicznie istotnymi żylakami powrózka nasiennego.52
Autoimmunizacja i zapalenie w patogenezie niepłodności męskiej
Patogeneza niepłodności męskiej jest często związana z autoimmunizacją w kierunku antygenów plemników niezbędnych do zapłodnienia. Przeciwciała przeciwplemnikowe (ASA) mają właściwości unieruchamiające i cytotoksyczne, upośledzające spermatogenezę, powodujące aglutynację plemników, zmieniające ruchliwość plemników i reakcję akrosomalną, a tym samym uniemożliwiające zapłodnienie komórki jajowej.5354
Czynniki immunopatologiczne są wiodące w patogenezie niepłodności męskiej, istotne dla jej przypadków niezależnie od różnej etiologii. Obecność ASA we krwi i nasieniu niepłodnych mężczyzn została po raz pierwszy zgłoszona przez Philipa R’mke w Holandii i Leo Wilsona w USA w 1954 roku, a od tego czasu badacze koncentrują się na nich. Obecnie produkcja ASA jest uważana za jeden z głównych mechanizmów niepłodności męskiej.47
Obecność ASA w przypadku żylaków powrózka nasiennego wiąże się z pogorszeniem parametrów nasienia. Żylaki powrózka nasiennego powodują przekrwienie lokalnego krążenia krwi. Uszkodzenie niedokrwienne miąższu jądra, względna hipertermia moszny, nadciśnienie żylne i bierna przekrwienie refluksu metabolitów i bioregulatorów (katecholaminy) z nerek i nadnerczy, a także hipoandrogenenizm są uważane za główne mechanizmy prowadzące do uszkodzenia bariery krew-jądro.47
Łączne działanie różnych ASA na różne składniki plemników może również prowadzić do niepłodności immunologicznej. Wpływ ASA na funkcję rozrodczą może być realizowany na różne sposoby: upośledzona spermatogeneza, aglutynacja plemników, zmniejszona ruchliwość, upośledzona penetracja plemników do śluzu szyjkowego, upośledzona reakcja akrosomalna, utrudnienie zapłodnienia komórki jajowej, upośledzona implantacja zarodka i zaburzony wczesny rozwój zygoty.55
Niepłodność wywołana przez ASA powinna być podejrzewana, jeśli aglutynacja plemników i upośledzenie ruchliwości są diagnozowane przez analizę nasienia przy braku leukocytospermii i infekcji.55
Szwedzcy naukowcy odkryli przyczynę zmniejszonej płodności u osób z autoimmunologicznym zespołem poliendokrynologicznym typu 1 (APS1), który zwiększa ryzyko rozwoju choroby autoimmunologicznej i jest często używany jako model ogólnej choroby autoimmunologicznej. Podczas gdy niepłodność u kobiet z APS1 jest spowodowana autoimmunologicznym działaniem przeciwko jajnikom, to co powoduje odpowiednią niepłodność u mężczyzn, nigdy nie zostało ustalone.5657
Badacze odkryli, że układ odpornościowy u dużej grupy pacjentów reagował na białko wytwarzane tylko w gruczole krokowym, a mianowicie enzym transglutaminazę 4. Co ciekawe, wcześniejsze badania na myszach wykazały, że transglutaminaza 4 odgrywa ważną rolę w płodności męskiej.5859
Badacze zaobserwowali, że tylko mężczyźni reagowali na transglutaminazę 4 i że reakcja immunologiczna pojawiała się po raz pierwszy na początku dojrzewania, gdy gruczoł krokowy dojrzał. Odkrycia są ważne, ponieważ wskazują na nowy mechanizm chorobowy niepłodności męskiej, ale konieczne są dalsze prace, aby zrozumieć znaczenie autoimmunologicznego zapalenia prostaty dla niepłodności w ogólnej populacji męskiej.5859
W innym badaniu naukowcy odkryli, że brak autoimmunologicznego regulatora (Aire) u myszy powoduje problemy z płodnością podobne do tych, które dotykają mężczyzn z autoimmunologicznym zespołem poliendokrynologicznym typu I (APS-1).60
Samce pozbawione Aire wykazywały drastycznie zredukowaną częstotliwość krycia i płodność; te, którym udało się kopulować, potrzebowały do dwóch tygodni, aby to zrobić, a jakość ich nasienia była słaba. Plemniki od samców bez Aire rzadko były w stanie produkować mioty, a nawet gdy były używane do zapłodnienia in vitro, nie mogły produkować żywotnych zarodków.60
Stwierdzono, że samce bez Aire produkowały niskie poziomy testosteronu i rozwijały chorobę autoimmunologiczną przeciwko wielu składnikom męskiego układu rozrodczego, szczególnie w najądrzu.61
Korelacja między upośledzoną centralną tolerancją immunologiczną a płodnością ma potencjalne implikacje nie tylko dla pacjentów płci męskiej z APS-1, ale może również dostarczyć ważnych informacji zarówno w przypadku męskiej choroby autoimmunologicznej, jak i niewyjaśnionych przypadków niepłodności.61
Infekcje wirusowe i bakteryjne w patogenezie niepłodności męskiej
Infekcje dróg rozrodczych mężczyzn (MRTIs) są znaczącym, a jednak często pomijanym czynnikiem przyczyniającym się do niepłodności męskiej. Złożona interakcja między infekcjami a zdolnością rozrodczą mężczyzn wynika zarówno z bezpośrednich, jak i pośrednich efektów, jakie te infekcje wywierają na funkcjonalność plemników, jakość i środowisko nasienia.62
Infekcje bakteryjne w męskim układzie rozrodczym, takie jak zapalenie prostaty, zapalenie najądrzy, zapalenie jąder, zapalenie cewki moczowej i zapalenie żołędzi, stanowią krytyczne problemy zdrowotne przyczyniające się do niepłodności męskiej.63
Interakcja między infekcjami wirusowymi a męskim zdrowiem rozrodczym ma znaczące implikacje dla płodności. Wpływ infekcji grzybiczych lub mykotycznych na męskie zdrowie rozrodcze, chociaż znaczący, pozostaje w dużej mierze niedostatecznie zbadany w porównaniu z innymi rodzajami infekcji w męskim układzie rozrodczym.63
Przyczyny męskiej niepłodności obejmują między innymi infekcje, takie jak zapalenie najądrzy, zapalenie jąder i infekcje przenoszone drogą płciową (STIs), w tym rzeżączka lub HIV.3
Momps i kilka podobnych wirusów stanowią najczęstszą przyczynę nabytej niewydolności jąder, a ich częstość występowania rośnie. Jest to prawdopodobnie spowodowane zmniejszeniem stosowania szczepionki MMR u dzieci we wczesnych latach 90. Około jednej czwartej dorosłych, którzy chorują na świnkę, rozwinie zapalenie jąder. Z nich jedna trzecia będzie miała chorobę obustronną.16
W nasieniu zidentyfikowano dotychczas 40 różnych typów wirusów, z których wiele wykazuje silne powinowactwo do męskich narządów rozrodczych, szczególnie jąder.17
W nasieniu wirusy mogą infekować plemniki lub komórki prekursorowe, przyłączać się do cząsteczek na powierzchni plemnika jako wolne cząstki wirusowe lub przebywać w komórkach odpornościowych, prowadząc do patologii w układzie rozrodczym, nieprawidłowości w parametrach nasienia i obniżonej jakości plemników.64
Mechanizmy, przez które funkcja plemników może być upośledzona po infekcji HPV, są nadal słabo rozumiane. Badania wskazują, że obecność glikozaminoglikanów lub innych rozpuszczalnych substancji na powierzchni plemników ułatwia przyłączanie się HPV do równikowego regionu główki plemnika.64
Niektóre genotypy HPV są związane z fragmentacją DNA plemników, zmniejszoną ruchliwością i potencjałem zapładniającym, nieprawidłową jakością plemników i tworzeniem przeciwciał przeciwplemnikowych. Geny wirusowe mogą być przekazywane do oocytów i komórek zarodkowych, powodując fragmentację DNA i apoptozę, ostatecznie prowadząc do utraty ciąży.65
Wytyczne wydane przez Europejskie Towarzystwo Reprodukcji Człowieka i Embriologii (ESHRE) stwierdzają, że HPV w nasieniu jest czynnikiem wirusowym silnie związanym z wynikami wspomaganego rozrodu. Dla par z problemami z płodnością, jeśli mają niewyjaśnioną niepłodność, historię infekcji HPV, wykazują związane objawy kliniczne lub jeśli występują ASA i astenozoospermia, zaleca się testowanie DNA HPV i genotypowanie u partnera płci męskiej.65
Obecność CMV w nasieniu waha się mniej więcej między 6% a 56,9% i wiąże się ze zmniejszoną liczbą plemników i ruchliwością, a także ze zwiększonym wskaźnikiem niepowodzeń w technikach wspomaganego rozrodu.65
Częstość występowania EBV w nasieniu waha się od 0,4% do 45% i może być związana z leukocytospermią.66
Badania potwierdziły poważne uszkodzenia jąder po infekcji SARS-CoV-2, w tym zanik jąder, naciek komórek zapalnych, apoptozę komórek rozrodczych i mikrozakrzepicę w naczyniach krwionośnych jąder.6667
Infekcja ZIKV może również powodować miejscowy stan zapalny i uszkodzenie tkanki narządów rozrodczych, powodując objawy takie jak hematospermia, ból podczas wytrysku, zmniejszona liczba plemników i nieprawidłowe wydzielanie hormonów rozrodczych. ZIKV wykazuje tropizm do różnych typów komórek w układzie rozrodczym, a badania eksperymentalne potwierdziły, że ZIKV wykazuje preferencję do infekcji komórek w jądrach, powodując śmierć komórek i zakłócenie kanalików nasiennych, ostatecznie prowadząc do poważnego uszkodzenia jąder i niepłodności.66
Mechanizmy te zbiorowo wyjaśniają wieloaspektowy wpływ infekcji wirusowych na płodność męską, pokazując, jak lokalne i systemowe efekty prowadzą do znaczących zmian w parametrach plemników i nasienia.66
Gonokokowe zapalenie najądrzy jako przyczyna niepłodności męskiej
Rzeżączka może powodować stan zapalny w najądrzach, zwiniętej rurce nad i za jądrami, która przechowuje i transportuje plemniki. Ten stan zapalny jest znany jako zapalenie najądrzy i bez leczenia może prowadzić do niepłodności.68
Leki i niepłodność męska
Sulfasalazyna i niepłodność męska
Wcześniejsze obserwacje dotyczące niepłodności związanej z leczeniem sulfasalazyną zostały rozszerzone i uzyskano próbki nasienia od 28 pacjentów z zapalną chorobą jelit leczonych sulfasalazyną w dawce 2-4 g na dobę. Poważne nieprawidłowości w nasieniu zaobserwowano u 18 pacjentów przyjmujących ten lek przez ponad dwa miesiące.69
Przebieg czasowy wpływu leku na jakość nasienia jest zgodny z hipotezą, że sulfasalazyna lub metabolit, prawdopodobnie sulfapirydyna, jest bezpośrednio toksyczny dla rozwijających się plemników. Badania te potwierdziły wstępny raport i sugerują, że długotrwałe leczenie sulfasalazyną może powszechnie obniżać jakość nasienia i powodować odwracalną niepłodność.69
Steroidy anaboliczne i testosteron a niepłodność męska
Nadużywanie sterydów anabolicznych i terapia suplementacją testosteronem stają się coraz powszechniejsze na całym świecie. Co najmniej 25% lub więcej lekarzy, którzy przepisują testosteron swoim pacjentom, nie jest świadomych, że spowoduje to znaczące, prawdopodobnie długotrwałe problemy z płodnością i bezpłodnością u swoich pacjentów.16
Steroidy anaboliczne przyjmowane w celu stymulowania siły i wzrostu mięśni mogą powodować kurczenie się jąder i zmniejszenie produkcji plemników. Stosowanie kokainy lub marihuany może tymczasowo zmniejszyć liczbę i jakość plemników.70
Suplementacja testosteronem nie ma żadnej roli u pacjentów z niepłodnością męską, którzy próbują począć. Pacjenci, którzy potrzebują suplementacji testosteronem, mogą zachować swoją płodność, przyjmując klomifen, który pomaga utrzymać poziomy FSH i LH. Większość pacjentów, którzy stają się niepłodni z powodu terapii testosteronem, ostatecznie odzyska liczbę plemników i płodność, ale zajmie to czas i nie ma gwarancji. Najlepsze dostępne dane wskazują, że dwie trzecie mężczyzn leczonych testosteronem może oczekiwać powrotu produkcji plemników w ciągu 6 miesięcy, 90% po 1 roku i prawie 100% po 2 latach.14
Klomifen w poprawie płodności męskiej
Mechanizm działania klomifenu polega na blokowaniu receptorów estrogenowych w podwzgórzu. Ta dezaktywacja prowadzi do zwiększenia uwalniania gonadoliberyny (GnRH). W konsekwencji przysadka mózgowa zwiększa produkcję hormonu luteinizującego (LH) i hormonu folikulotropowego (FSH). Te hormony są niezbędne do produkcji plemników i syntezy testosteronu u mężczyzn. Zwiększając poziom tych hormonów, klomifen pomaga poprawić zarówno liczbę, jak i jakość plemników. Może to znacząco przyczynić się do rozwiązania problemów z płodnością. Utrzymanie idealnej równowagi hormonalnej jest kluczowe dla optymalnego zdrowia reprodukcyjnego u mężczyzn przyjmujących klomifen.10
Cytrynian klomifenu może skutecznie zwiększać poziom testosteronu u mężczyzn z hipogonadyzmem. Stymuluje przysadkę mózgową do produkcji większej ilości hormonu luteinizującego (LH) i hormonu folikulotropowego (FSH), które z kolei zwiększają produkcję testosteronu.71
Badania wykazały, że cytrynian klomifenu jest korzystny dla poprawy płodności u mężczyzn. Zwiększa produkcję testosteronu, który jest kluczowy dla spermatogenezy. Badanie sugeruje, że dzienna dawka 25 mg jest skuteczna w stymulowaniu endogennej produkcji testosteronu. Wzmacnia to szlak niezbędny do produkcji plemników, czyniąc klomifen obiecującą opcją dla mężczyzn doświadczających problemów z płodnością.71
Czynniki środowiskowe w patogenezie niepłodności męskiej
Nadmierna ekspozycja na pewne czynniki środowiskowe, takie jak ciepło, toksyny i chemikalia, może zmniejszać produkcję plemników lub funkcję plemników.70
Światowy rosnący trend niepłodności obserwowany w ostatnich latach, z niepłodnością męską jako głównym problemem, jest częściowo związany z czynnikami środowiskowymi. Jednym z głównych powodów wzrostu przypadków niepłodności męskiej jest pogarszająca się jakość nasienia.72
Niekorzystne czynniki środowiskowe mają znaczący wpływ na jakość nasienia, prowadząc do zmniejszenia koncentracji plemników, całkowitej liczby plemników, ruchliwości, żywotności oraz zwiększenia nieprawidłowej morfologii plemników, fragmentacji DNA plemników, ostatecznie powodując niepłodność męską.72
Jakość nasienia jest głównym predyktorem wyniku płodności męskiej. Zaobserwowano, że zanieczyszczenie środowiska niekorzystnie wpływa na jakość nasienia poprzez upośledzenie procesu spermatogenezy, steroidogenezy, funkcji komórek Sertoliego i plemników, prowadząc w ten sposób do zmniejszonej płodności męskiej.72
Dokładny mechanizm, przez który zanieczyszczenia powietrza prowadzą do niepłodności męskiej, nie jest jasny, ale można to częściowo wyjaśnić faktami, że zanieczyszczenie powietrza prowadzi do:73
- Zakłóceń hormonalnych: Metale ciężkie, takie jak ołów, cynk, miedź i wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (PAH) obecne w spalinach samochodowych, mają działanie estrogenne, antyestrogenne i antyandrogenne, które z kolei mogą prowadzić do nieprawidłowej steroidogenezy gonad i gametogenezy, prowadząc tym samym do niepłodności.
- Metale ciężkie wpływają na płodność męską poprzez indukowanie wytwarzania reaktywnych form tlenu, które z kolei powodują peroksydację lipidów, uszkodzenie DNA plemników, prowadząc do niepłodności.
Innym głównym czynnikiem, który może przyczyniać się do niepłodności męskiej, jest ekspozycja na nadmierne ciepło w miejscu pracy lub z powodu zmian klimatycznych. Temperatura odgrywa kluczową rolę w utrzymaniu normalnej spermatogenezy w jądrach. Ekspozycja na wysokie temperatury zarówno z powodu zawodu, jak i czynników środowiskowych ma szkodliwy wpływ na ogólną jakość nasienia i może powodować niepłodność męską.73
Ekspozycja na wysokie poziomy PFOS i PFOA i PFOS łącznie jest związana ze zmniejszeniem koncentracji morfologicznie normalnych plemników u dorosłych mężczyzn. Toksyczność jądrowa PFOS została wykazana u szczurów. U ludzi ekspozycja in utero na PFOA była związana w późniejszym życiu dorosłym z niższą koncentracją plemników i całkowitą liczbą plemników oraz z wyższymi poziomami hormonu luteinizującego i hormonu folikulotropowego. U niepłodnych pacjentów płci męskiej poziomy PFOS były wyższe niż u płodnych osób. Te dane wyraźnie sugerują potencjał antyandrogeniczny PFAS.74
Otyłość a niepłodność męska
Równoległy wzrost otyłości i niepłodności męskiej we współczesnych społeczeństwach wymaga identyfikacji genów podatności leżących u podstaw tych powiązanych problemów zdrowotnych.75
Otyłość nasila niepłodność poprzez różne mechanizmy. Zaburzenia metaboliczne spowodowane zwiększoną tkanką tłuszczową wpływają na poziomy wydzielania testosteronu niezbędne do spermatogenezy.75
Dysfunkcja mitochondrialna i stres oksydacyjny w plemnikach prowadzą do uszkodzenia DNA i apoptozy, co jest związane ze zmniejszonymi wskaźnikami ciąż.75
Zrozumienie złożonej interakcji między otyłością a niepłodnością męską jest kluczowe dla skutecznego zarządzania i leczenia.75
Badanie wykazało znaczący związek między genotypem AA (wartość P=0,001) i allelem A (wartość P=0,003) wariantu APOB rs13306194 a niepłodnością u otyłych mężczyzn.75
Ponadto genotyp AA rs13306194 APOB był związany ze znaczącym spadkiem ekspresji genu APOB u otyłych niepłodnych mężczyzn (p=0,05). Wyniki ujawniają nowy związek między różnicową ekspresją APOB a niepłodnością męską.76
Zaobserwowany związek między ekspresją APOB a genotypem AA rs13306194 sugeruje, że ta zmiana genetyczna może wpływać na ekspresję i funkcję genu APOB. Wyniki te podkreślają kluczową rolę metabolizmu lipidów w płodności męskiej, ponieważ lipidy są niezbędnymi składnikami błony komórkowej plemników i zawartości płynnej.76
Analiza algorytmu STRING zidentyfikowała kilka genów ściśle związanych z APOB, które mogą aktywnie przyczyniać się do niepłodności męskiej. Badanie zidentyfikowało potencjalny związek między wariantem APOB rs13306194 a niepłodnością męską u otyłych pacjentów.76
Zaproponowano kilka mechanizmów w celu wyjaśnienia uszkodzenia plemników wywołanego otyłością. Kluczową rolę odgrywa uszkodzenie indukowane ciepłem. Ponadto opisano kilka zaburzeń hormonalnych, które przyczyniają się do upośledzenia spermatogenezy u otyłych pacjentów.77
Inne mechanizmy niepłodności męskiej
Mikrodeletany białek tubuliny wpływające na ruchliwość plemników
Jednym z istotnych składników każdej komórki eukariotycznej jest cytoszkielet. Wici plemnika muszą poruszać się w bardzo precyzyjny i skoordynowany sposób, aby umożliwić postępujące pływanie plemnika. Niepowodzenie w tym zakresie może prowadzić do niepłodności męskiej.7879
Wici plemników są niezbędne dla płodności męskiej, a tym samym dla reprodukcji seksualnej. Aby utrzymać plemniki płynące po prostej linii, modyfikacja białka tubuliny przez enzymy jest niezbędna. W przypadku braku glikozylacji ruchy stawały się nieskoordynowane, i w rezultacie nagle obserwowano plemniki pływające w kółko.7879
Ponieważ myszy jako system modelowy są znane z solidnej płodności, podobny defekt u ludzi mógłby prowadzić do męskiej bezpłodności. Te odkrycia sugerują, że zaburzenie tej modyfikacji może leżeć u podstaw niektórych form niepłodności męskiej u ludzi.7879
To wyjaśnia, dlaczego pływanie plemników jest zakłócone. Badania dostarczają bezpośrednich dowodów na to, że mikrotubule odgrywają aktywną rolę w regulowaniu fundamentalnych procesów biologicznych za pomocą kodu modyfikacji tubuliny. Ponadto badania te wskazują na nowy mechanizm leżący u podstaw niepłodności męskiej.8081
Deficyt protamin i niepłodność męska
Uszkodzenie DNA plemnika jest największą pojedynczą przyczyną wadliwej funkcji plemników i może być podstawową przyczyną idiopatycznej niepłodności męskiej.82
Niepłodność męska jest definiowana jako wieloczynnikowy zespół dotykający 1 na 20 mężczyzn w grupie wieku rozrodczego. Chociaż przeprowadzono szeroko zakrojone badania w kontekście niepłodności męskiej, dokładna przyczyna jest nadal nieznana (idiopatyczna) i jest głównie przypisywana przyczynom genetycznym.82
Spadek funkcji plemników jest uważany za pierwotną, pojedynczą i zdefiniowaną przyczynę niepłodności męskiej, prowadząc do nieudanego zapłodnienia.82
Haploinsuficjencja PRM1 lub PRM2 lub nieprawidłowy stosunek białek PRM1/PRM2 jest związana ze zwiększonym ryzykiem niepłodności czynnika męskiego, ponieważ może to powodować niewłaściwą kompaktację jądrowego DNA plemników, pozostawiając DNA wysoce podatnym na uszkodzenia środowiskowe.82
Zauważalna liczba badań kontrolnych wykazała, że polimorfizmy lub mutacje w genach kodujących protaminy powodują zmiany konformacyjne w kodowanych białkach, zmiany w strukturze chromatyny plemnika, a tym samym upośledzoną spermatogenezę.83
Zwiększony stosunek histonów do protamin w plemnikach jest związany ze słabą kondensacją chromatyny, a tym samym z niepłodnością czynnika męskiego. Zmieniony względny stosunek PRM1:PRM2 na poziomie mRNA i białka prowadzi również do niepłodności czynnika męskiego.83
Zakłócenie PRM1:PRM2 jest związane ze słabą chromatyną, a tym samym ze zwiększonym ryzykiem niepłodności męskiej, ponieważ plemniki wymagają pełnego uzupełnienia obu protamin, aby przekazać genom męski następnemu pokoleniu. Uszkodzenie DNA w plemnikach jest tylko częściowo naprawiane z powodu znacznie ograniczonego mechanizmu wykrywania i naprawy uszkodzeń DNA. Dlatego też dla utrzymania integralności DNA plemników należy utrzymywać optymalne stosunki PRM1 i PRM2, ponieważ mechanizmy naprawy DNA są niewystarczające w plemnikach, a to jest niezbędne dla urodzenia zdrowego potomstwa.83
Rola białka FANCM w patogenezie niepłodności męskiej
U pacjentów z niepłodnością znaleziono homozygotyczny wariant patogenny (PV) w FANCM (c.1946_1958del, p.P648Lfs*16) segregujący z niepłodnością męską. Wyniki te ujawniły, że niepłodność męska jest nowym fenotypem u pacjentów z dwuallelicznym FANCM PV.84
Utrata funkcji FANCM PV zwiększała wrażliwość na ICL w limfocytach pacjentów i spermatogoniach Fancm−/−. Dorosłe myszy Fancm−/− wykazywały niewydolność spermatogenezy, z utratą komórek rozrodczych w 50,2% kanalików jądrowych i zatrzymaniem dojrzewania okrągłych spermatyd w 43,5% kanalików.84
Hipogonadyzm i zmniejszona płodność były obserwowane zarówno u samców, jak i samic myszy z homozygotycznym FANCM PV, głównie z powodu wadliwej proliferacji pierwotnych komórek rozrodczych (PGC). Dwualleliczny FANCM PV może być związany z upośledzoną płodnością u kobiet, ale czy może powodować niepłodność u mężczyzn, szczególnie niewydolność spermatogenezy, jest jeszcze nieznane.84
Ten PV powoduje wrażliwość limfocytów na ICL u pacjentów, wykazując tym samym efekt utraty funkcji. Razem wyniki te ujawniły, że niepłodność męska jest nowym fenotypem dwuallelicznego FANCM PV u ludzi.85
Skrócony FANCM (p.P648Lfs*16) ma utracić domeny wymagane do jego interakcji z kompleksem rdzeniowym FA, a zatem nie powinien aktywować monoubikwitynacji FANCD2. Wyniki te wskazują, że skracający FANCM PV upośledza szlak FA, wykazując efekt utraty funkcji.85
W testach płodności dorosłe samce Fancm−/− były generalnie subfertylne i produkowały znacznie mniejsze mioty niż samce WT i Fancm+/−. Stąd myszy Fancm−/− odtwarzały fenotyp kliniczny obserwowany u pacjentów. Homozygotyczny FANCM PV zaburzał integralność jąder.85
Wyniki badania, że homozygotyczny FANCM PV z utratą funkcji upośledzał spermatogenezę i powodował niepłodność męską, dostarczają nowych informacji na temat korelacji genotyp-fenotyp dla dwuallelicznego FANCM PV.85
Wrodzony obustronny brak nasieniowodów (CBAVD)
Większość mężczyzn z mukowiscydozą (97-98%) jest niepłodna, ale nie bezpłodna, ponieważ produkują plemniki. Niepłodność u mężczyzn z mukowiscydozą występuje z powodu braku kanału nasiennego.86
Większość mężczyzn z mukowiscydozą (97-98%) jest niepłodna z powodu braku kanału nasiennego, znanego jako wrodzony obustronny brak nasieniowodów (CBAVD). Plemniki nigdy nie dostają się do nasienia, co uniemożliwia im dotarcie i zapłodnienie komórki jajowej poprzez stosunek płciowy.86
Chociaż przyczyna CBAVD nie jest jednoznacznie znana, uważa się, że jest ona związana z mutacjami genu regulatora przewodnictwa przezbłonowego mukowiscydozy (CFTR), które również powodują problemy w trzustce i płucach. Pomimo że większość mężczyzn z mukowiscydozą jest niepłodna, niektórzy nadal mają plemniki obecne w ejakulacie.86
Zaburzenia ejakulacji jako przyczyna niepłodności męskiej
Azoospermia to heterogenny stan o wielu etiologiach i różnych metodach leczenia. Wytrysk wsteczny i brak emisji znajdują się w spektrum zaburzeń ejakulacji, które upośledzają płodność męską.87
Wytrysk wsteczny i brak emisji to dwa zaburzenia funkcji ejakulacji, które prowadzą do anejakulacji i niepłodności. Chociaż wszystkie trzy mają wspólną drogę anejakulacji, zaburzenia prowadzące do tych stanów obejmują heterogenną grupę stanów o różnych etiologiach i terapiach.87
Wytrysk wsteczny to przepływ nasienia do pęcherza z powodu niepełnego zamknięcia szyi pęcherza. Wytrysk wsteczny był obserwowaną przyczyną w 18%, chociaż jako źródło niepłodności był on zaangażowany tylko w 0,7%. Dodatkowo zauważono, że częstość występowania prawdopodobnie rośnie w konsekwencji zwiększających się wskaźników cukrzycy, stosowania antagonistów receptorów α i operacji szyi pęcherza z powodu nowotworów złośliwych.87
Za wytrysk wsteczny odpowiada różnorodna etiologia mechaniczna, neurologiczna i farmakologiczna.87
Brak emisji to sytuacja, gdy występuje całkowite przerwanie emisji podczas aktywności seksualnej. Orgazm i faza wypychająca ejakulacji występują, ale nie ma depozycji płynu z gruczołów rozrodczych do cewki moczowej sterczowej podczas stymulacji. Jest on klinicznie charakteryzowany po prostu jako anejakulacja, ale podczas badania na wytrysk wsteczny nie będzie dowodów na wytrysk wsteczny w moczu po orgazmie.87
Brak emisji jest definiowany jako brak plemników w analizie nasienia antegradowej i retrogradowej. Może być spowodowany przez neuropatię obwodową spowodowaną cukrzycą, a także przez jakiekolwiek uszkodzenie rdzenia kręgowego (SCI). Zasadniczo postrzegamy brak emisji i wytrysk wsteczny jako spektrum dysfunkcji ejakulacji, gdzie brak emisji jest ostateczną niewydolnością układu ejakulacyjnego.87
Diagnostyka i leczenie niepłodności męskiej
Celem oceny mężczyzny z niepłodnością jest: i) identyfikacja stanów uleczalnych/odwracalnych lub zagrażających zdrowiu; ii) wybór pacjentów do technik wspomaganego rozrodu; iii) odpowiednie poradnictwo genetyczne, w tym środki zapobiegawcze (diagnostyka przedimplantacyjna lub prenatalna) w celu ochrony zdrowia przyszłego potomstwa.2
Kluczowym celem oceny mężczyzny pod kątem niepłodności jest identyfikacja czynników przyczyniających się, oferowanie leczenia tych, które są odwracalne, określenie, czy pacjent jest kandydatem do technik wspomaganego rozrodu oraz oferowanie poradnictwa dla nieodwracalnych i nieleczalnych stanów.1
Istnieje kilka powodów męskiej niepłodności, w tym zarówno odwracalne, jak i nieodwracalne stany. Inne czynniki mogą wpływać na każdego z partnerów, w tym wiek, leki, historia chirurgiczna, ekspozycja na toksyny środowiskowe, problemy genetyczne i choroby systemowe. Do 6% mężczyzn ocenianych pod kątem niepłodności męskiej okaże się mieć poważniejszą podstawową patologię, taką jak rak. Jest to dodatkowy powód, aby przeprowadzić kompleksową ocenę partnerów płci męskiej par niepłodnych, aby można było zidentyfikować i leczyć wszelkie znaczące, leżące u podstaw stany medyczne.1
Celem oceny partnera płci męskiej pary cierpiącej na niepłodność jest: Ustalenie, czy czynnik męski przyczynia się do problemu niepłodności pary, zidentyfikowanie małego odsetka przypadków (około 20%), które mogą być znormalizowane dzięki leczeniu, ustalenie, czy ART ostatecznie przyniosłoby korzyści parze, zidentyfikowanie znaczącej podstawowej patologii lub powiązanych chorób współistniejących oraz ustalenie, czy istnieją czynniki związane z wiekiem, zdrowiem, stylem życia lub genetyką, które mogłyby wpłynąć na wynik lub wskaźnik powodzenia, jeśli ART jest wymagane.88
Analiza nasienia jest podstawą laboratoryjnej oceny niepłodności męskiej. Należy zebrać co najmniej 2 oddzielne próbki, oddzielone co najmniej 1 tygodniem, ale optymalnie miesiącem. Nasienie jest oceniane pod kątem objętości, pH, leukocytów, niedojrzałych komórek rozrodczych i upłynnienia, podczas gdy plemniki są oceniane pod kątem liczby, koncentracji, żywotności, ruchliwości, progresji, zanieczyszczeń i morfologii.88
Stosowanie terapii gonadotropinowej u większości mężczyzn z idiopatyczną niepłodnością jest kontrowersyjne. Metaanaliza 6 randomizowanych badań terapii gonadotropinowej u pacjentów z niepłodnością męską wykazała wyższe wskaźniki ciąż niż w grupie placebo.52
Pacjenci z niedrożnością przewodu wytryskowego, zwykle wykrywaną w badaniu ultrasonograficznym przezodbytniczym, prawdopodobnie skorzystają z przezcewkowej resekcji przewodów wytryskowych. Wazowazostomia i epididymowazostomia to zaawansowane procedury mikrochirurgiczne wykonywane u mężczyzn z azoospermią obstrukcyjną z powodu obustronnej niedrożności najądrza lub nasieniowodu.52
Inseminacja domaciczna to forma wspomaganego rozrodu, w której nasienie i plemniki są pobierane od partnera płci męskiej (lub dawcy) i sztucznie wprowadzane do płodnej macicy kobiety.52
Zapłodnienie in vitro (IVF) może być stosowane u par, gdy IUI ze stymulacją jajników zakończyło się niepowodzeniem, u kobiet powyżej 40 roku życia lub gdy istnieją znane stany wykluczające stosowanie prostszych technik, takie jak obustronne zaburzenia jajowodów. Ogólnie rzecz biorąc, IVF z ICSI jest preferowane, gdy istnieją bardzo znaczące czynniki męskie, których nie można przezwyciężyć innymi środkami, ale można nadal pobrać co najmniej kilka żywotnych plemników.89
Testowanie genetyczne jest wskazane u pacjentów z ciężką oligospermią (5 milionów/ml). Specyficzny region, nazwany AZF (czynnik azoospermii), w długim ramieniu chromosomu Y jest krytyczny dla normalnej spermatogenezy. Badanie kariotypu jest wskazane u pacjentów z ciężką oligospermią (5 milionów/ml), ponieważ częstość występowania nieprawidłowości kariotypu jest odwrotnie proporcjonalna do liczby plemników: 1% przy normalnej liczbie plemników, 5% przy ciężkiej oligospermii (5 milionów/ml) i 10-15% przy azoospermii. Najczęstszą nieprawidłowością jest zespół Klinefeltera (47, XXY), który stanowi około dwóch trzecich nieprawidłowości u niepłodnych mężczyzn.90
Nie zaleca się stosowania suplementacji testosteronem u pacjentów z niepłodnością starających się o poczęcie dziecka. Pacjenci, którzy potrzebują suplementacji testosteronem, mogą zachować swoją płodność poprzez przyjmowanie klomifenu, który pomaga utrzymać poziomy FSH i LH.14
Badacze stwierdzili, że stosowanie inhibitorów TGF-β może pomóc płodowym komórkom rozrodczym normalnie dojrzewać, wskazując na możliwe metody leczenia niepłodności u mężczyzn z zespołem Klinefeltera.3633
Znając więcej szczegółów na temat tego, co powoduje niepłodność u mężczyzn, możemy rozwinąć zabiegi i środki profilaktyczne, aby ograniczyć procesy degeneracyjne, które wpływają na płodność. Możliwe jest stosowanie ogólnych zabiegów immunosupresyjnych. Jeszcze lepiej, może być możliwe zaprojektowanie wysoce specyficznych terapii, które celują w określone komórki odpornościowe, zapobiegając uszkodzeniu narządów rozrodczych przez te komórki.61
Kolejne rozdziały
Zapraszamy do dalszego czytania naszego leksykonu.
Wybierz kolejny rozdział z menu poniżej, aby otworzyć nową podstronę kompedium wiedzy i uzyskać szczegółowe informację o leku, substancji lub chorobie.