Андрология и генитальная хирургия. 2022; 23: 45-52
Влияние факторов различной природы на фертильность эякулята in vitro
https://doi.org/10.17650/1726-9784-2022-23-1-45-52Аннотация
Введение. Современная демографическая ситуация в стране характеризуется падением рождаемости. По данным Всемирной организации здравоохранения, частота бесплодных браков в разных странах составляет 10–15 %. В Российской Федерации, по прогнозам ФГБУ «НМИЦ АГП им. В.И. Кулакова» Минздрава России, это число достигает 17 %. Более 4 млн мужчин страдают бесплодием различной формы. Нарушения мужской репродуктивной функции в последние годы приобрели медицинскую и социальную значимость в связи с прогрессирующим снижением фертильных свойств сперматозоидов. Нарушения фертильности оценивают как многофакторное состояние, вызванное воздействием внешних и внутренних причин, приводящих к патологическим изменениям в органах половой системы. Коррекция нарушений мужской фертильности не всегда приводит к положительным результатам. В связи с этим важен поиск эффективных препаратов, влияющих на поддержание основных параметров фертильности и их исследование в эксперименте.
Цель исследования – изучение влияния различных биологических препаратов и физико-химических факторов на параметры фертильности эякулята in vitro.
Материалы и методы. Проведены опыты с использованием белково-пептидного комплекса (БПК), метиленовой сини и перекиси водорода на сперматозоидах человека. После разжижения эякулята образец микроскопировали и осуществляли оценку подвижности сперматозоидов и других параметров эякулята по стандарту Всемирной организации здравоохранения (5-е издание). Эксперименты проводили при температуре 20–22 ºС. Статистическую обработку данных осуществляли с использованием t-критерия Стьюдента. Различия между значениями параметров считали достоверными при р <0,05.
Результаты. Полученные результаты показали рост подвижности во фракции активноподвижных клеток в первые 30 мин инкубации сперматозоидов с раствором метиленовой сини. При исходной астеноспермии активная подвижность повысилась на 72 %, при нормоспермии – на 89 %. Через 2 ч все фракции подвижности находились на исходном уровне.
Опыты также показали значительные изменения подвижности сперматозоидов в присутствии в эякуляте препарата БПК: установлено повышение подвижности сперматозоидов начиная с 30-й минуты и сохранение этого уровня на протяжении 3 ч наблюдения. Более заметный сдвиг отмечен в активноподвижной фракции сперматозоидов – на 60 %, общая подвижность повышалась в пределах 30 %. Через 24 ч подвижность сперматозоидов оставалась близкой к исходному уровню, число нормальных форм сперматозоидов и живых клеток оставалось без изменений. При этом следует отметить зависимость изменения подвижности от концентрации препарата: наиболее заметный рост подвижности отмечен при добавлении БПК с концентрацией общего белка 10–12 мг/мл. Более высокие концентрации препарата не имели положительного эффекта в отношении подвижности сперматозоидов. В опытах с низкой концентрацией перекиси водорода установлен положительный эффект влияния на подвижность сперматозоидов.
Заключение. Известно, что подвижность сперматозоидов обеспечивается за счет энергии гликолиза, одним из ферментов которого является глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа, прочно связанная с фиброзным слоем жгутика сперматозоида, с активацией метаболических путей, приводящих к повышению активности фермента, а также подвижности сперматозоида. Механизм наблюдаемого эффекта до конца не ясен, однако полученные данные показывают перспективность дальнейших работ по изучению возможности использования препаратов в андрологической и репродуктивной практике, при вспомогательных репродуктивных технологиях, а также в качестве стимуляции подвижности сперматозоидов в дальнейших экспериментальных исследованиях.
Список литературы
1. Андрология. Клинические рекомендации. Под ред. П.А. Щеплёва. М.: Медпрактика, 2012. 155 с. [Andrology. Clinical guidelines. Ed. by P.A. Shcheplev. Moscow: Medpraktika, 2012. 155 p. (In Russ.)].
2. Андрология. Мужское здоровье и дисфункция репродуктивной системы. Под ред. Э. Нишлага, Г.М. Бере. М.: Медицинское информационное агентство, 2005. 554 с. [Andrology. Male health and reproductive dysfunction. Ed. by: E. Nishlag, G.M. Bere. Moscow: Meditsinskoe informatsionnoe agentstvo, 2005. 554 p. (In Russ.)].
3. Пашкова Е.Ю., Калинченко С.Ю. Мужское бесплодие в ХХI веке – реалии и перспективы. Новые возможности использования комбинированной стимулирующей терапии гонадотропинами. Эффективная фармакотерапия 2013;1:26–31. [Pashkova E.Yu., Kalinchenko S.Yu. Male infertility in the 21st century – realities and prospects. New possibilities for using gonadotropin combination stimulatory therapy. Effektivnaya farmakoterаpiya = Effective pharmacotherapy 2013;1:26–31. (In Russ.)].
4. Быков В.Л. Сперматогенез у мужчин в конце ХХ века (обзор литературы). Проблемы репродукции 2000;6(1):6–13. [Bykov V.L. Spermatogenesis in men in the late twentieth century (literature review). Problemy reproduktsii = Russian Journal of Human Reproduction 2000;6(1):6–13. (In Russ.)].
5. Рождаемость и планирование семьи в России: История и перспективы. Под ред. И.А. Троицкой, А.А. Авдеева Сб. ст. Сер. Демографические исследования. Вып. 18. М.: ТЕИС, 2011. С. 177. [Fertility and family planning in Russia: History and perspectives. Ed. by I.A. Troitskaya, A.A. Avdeev. Coll. Articles. Ser. Demographic research. Issue 18. Moscow: TEIS, 2011. p. 177. (In Russ.)].
6. Кулаков В.И. Вспомогательные репродуктивные технологии – настоящее и будущее. М.: Медицинское информационное агентство, 2005. С. 11–14. [Kulakov V.I. Assisted reproductive technologies – present and future. Moscow: Medical Media Agency, 2005. Pp. 11–14. (In Russ.)].
7. Келлэт Е.П., Корнеева И.Е., Шуршалина А.В. Бесплодие неясного генеза: фокус современных научных исследований. Проблемы репродукции 2010; 16(1):32–5. [Kellet E.P., Korneeva I.E., Shurshalina A.V. Unexplained infertility: the focus of current scientific research (a review). Problemy reproduktsii = Russian Journal of Human Reproduction 2010;16(1):32–5. (In Russ.)].
8. Корнеев И.А., Зассеев Р.Д. Преодоление бесплодия у мужчин с ретроградной эякуляцией и анэякуляцией. Урологические ведомости 2017;7(2):10–15. [Korneev I.A., Zasseev R.D. The infertility overcoming in men with retrograde ejaculation and anejaculation. Urologicheskie vedomosti = Urology Reports (St. Petersburg) 2017;7(2): 10–15. (In Russ.)]. DOI: 10.17816/uroved7210-15.
9. Руководство ВОЗ по исследованию и обработке эякулята человека. Пер. с англ. Н.П. Макарова. Науч. ред. Л.Ф. Курило. 5-е изд. М.: Капитал Принт, 2012. 291 с. [WHO laboratory manual for the examination and processing of human semen. Translation from English by N.P. Makarov. Ed. by L.F. Kurilo. 5th edition. Moscow: Kapital Print, 2012. 291 p. (In Russ.)].
10. Волкова Н.А., Павлович Е.В., Гапон А.А., Николов О.Т. Влияние электромагнитного облучения миллиметрового диапазона на морфофункциональное состояние криоконсервированных спермиев человека. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины 2014;157(5):587–90. [Volkova N.A., Pavlovich E.V., Gapon A.A., Nikolov O.T. Effects of millimeterwave electromag-netic exposure on the morphology and function of human cryopreserved spermatozoa. Byulleten eksperimentalnoy biologii i meditsiny = Bulletin of Experimental Biology and Medicine 2014;157(5):587–90. (In Russ.)].
11. Шуцкая Ю.Ю., Элькина Ю.Л., Куравский М.Л. и др. Исследование глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы из сперматозоидов человека. Биохимия 2008;73(2):228–36. [Shutskaya Yu.Yu., Elkina Yu.L., Kuravskiy M.L. et al. Investigation of glyceraldehyde-3- phosphate dehydrogenase from human spermatozoa. Biokhimiya = Biochemistry (Moscow) 2008;73(2):228–36. (In Russ.)].
12. Tremellen K. Oxidative stress and male infertility – a clinical perspective. Hum Reprod Update 2008;14(3):243–58. DOI: 10.1093/humupd/dmn004.
13. Ершова О.А., Баирова Т.А., Колесников С.И. и др. Окислительный стресс и ген каталазы. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины 2016;161(3):378–81. [Ershova O.A., Bairova T.A., Kolesnikov S.I. et al. Oxidative stress and catalase gene. Bulleten eksperimentalnoy biologii i meditsiny = Bulletin of Experimental Biology and Medicine 2016;161(3):378–81. (In Russ.)].
14. Altunoluk B., Efe E., Kurutas E.B. et al. Elevation of both reactive oxygen species and antioxidant enzimes in vein tissue of infertile men with varicocele. Urol Int 2012;88(1):102–6. DOI: 10.1159/000332156.
15. Hamada A., Esteves S.C., Agarval A. Insight into oxidative stress in varicoceleassociated male infertility: Part 2. Nat Rev Urol 2013;10(1):26–37. DOI: 10.1038/nrurol.2012.198.
16. Стельмашук Е.В., Генрихс Е.Е., Мухалева Е.В. и др. Нейропротективное действие метиленовой сини in vivo и in vitro. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2019;167(4):438–42. [Stelmashuk E.V., Genrikhs E.E., Mukhaleva E.V. et al. Neuroprotective effects of methylene blue in vivo and in vitro. Bulleten eksperimentalnoy biologii i meditsiny = Bulletin of Experimental Biology and Medicine 2019;167(4):438–42. (In Russ.)].
Andrology and Genital Surgery. 2022; 23: 45-52
Effect of various factors on ejaculate fertility in vitro
https://doi.org/10.17650/1726-9784-2022-23-1-45-52Abstract
Introduction. Current demographic situation in Russia is characterized by decreasing birth rate. According to the World Health Organization, percentage of child-free marriages in various countries is 10–15 %. In Russia, the National Medical Research Center for Obstetrics, Gynecology, and Perinatology named after Academician V.I. Kulakov states that this number is 17 %. More than 4 million men suffer from infertility of various types. In recent years, pathologies of male reproductive function have achieved medical and social significance due to progressively decreasing sperm fertility. Fertility disorders are considered multi-factor conditions caused by internal and external factors and leading to pathological changes in sex organs. Correction of pathologies of male fertility does not always lead to positive results. Therefore, it is important to develop and study effective pharmaceuticals affecting the main fertility parameters.
The study objective is to investigate the effect of various biological pharmaceuticals, physical and chemical factors on parameters of ejaculate fertility in vitro.
Materials and methods. Experiments with a protein-peptide complex (PPC), methylene blue, and hydrogen peroxide were performed on human semen. After semen dilution, the sample was studied under the microscope and sperm motility and other ejaculate parameters were evaluated per the 5th edition WHO standard. Experiments were performed at 20–22 ºС. Statistical data analysis was performed using the Student’s t-test. Differences were considered statistically significant at р <0.05.
Results. The results show increased motility in the fraction of active motile sperm in first 30 minutes after incubation with methylene blue. In case of initial asthenospermia, active motility increased by 72 %, in case of normospermia by 89 %. After 2 hours, all motility fractions were at the baseline level.
The experiments also showed significant changes in sperm motility in the presence of PPC preparation in the ejaculate: increase in sperm motility was observed beginning at 30-minute mark and this level persisted through 3 hours of observation. A more pronounced change, by 60 %, was observed in the active motile sperm; total motility increased by up to 30 %. After 24 hours, sperm motility remained close to the baseline level, the number of normal sperm forms and live cells did not change. Dependence of the motility change on the preparation concentration should be noted: the highest increase was observed at PPC concentration with total protein level of 10–12 mg/mL. Higher concentrations did not have a positive effect on sperm motility. In experiments with low hydrogen peroxide concentration, a positive effect on sperm motility was observed.
Conclusions. Sperm motility is supported by glycolysis energy, and one of the glycolysis enzymes glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase is tightly bound to the fibrous layer of the flagellum, activation of metabolic pathways leading to increased enzyme activity, increased sperm motility. The mechanism of the observed effect is not entirely clear, however, the obtained data demonstrate potential benefits of further studies on use of pharmaceuticals in andrological and reproductive practice, assisted reproductive technologies, as well as for stimulation of sperm motility in further experimental studies.
References
1. Andrologiya. Klinicheskie rekomendatsii. Pod red. P.A. Shchepleva. M.: Medpraktika, 2012. 155 s. [Andrology. Clinical guidelines. Ed. by P.A. Shcheplev. Moscow: Medpraktika, 2012. 155 p. (In Russ.)].
2. Andrologiya. Muzhskoe zdorov'e i disfunktsiya reproduktivnoi sistemy. Pod red. E. Nishlaga, G.M. Bere. M.: Meditsinskoe informatsionnoe agentstvo, 2005. 554 s. [Andrology. Male health and reproductive dysfunction. Ed. by: E. Nishlag, G.M. Bere. Moscow: Meditsinskoe informatsionnoe agentstvo, 2005. 554 p. (In Russ.)].
3. Pashkova E.Yu., Kalinchenko S.Yu. Muzhskoe besplodie v KhKhI veke – realii i perspektivy. Novye vozmozhnosti ispol'zovaniya kombinirovannoi stimuliruyushchei terapii gonadotropinami. Effektivnaya farmakoterapiya 2013;1:26–31. [Pashkova E.Yu., Kalinchenko S.Yu. Male infertility in the 21st century – realities and prospects. New possibilities for using gonadotropin combination stimulatory therapy. Effektivnaya farmakoterapiya = Effective pharmacotherapy 2013;1:26–31. (In Russ.)].
4. Bykov V.L. Spermatogenez u muzhchin v kontse KhKh veka (obzor literatury). Problemy reproduktsii 2000;6(1):6–13. [Bykov V.L. Spermatogenesis in men in the late twentieth century (literature review). Problemy reproduktsii = Russian Journal of Human Reproduction 2000;6(1):6–13. (In Russ.)].
5. Rozhdaemost' i planirovanie sem'i v Rossii: Istoriya i perspektivy. Pod red. I.A. Troitskoi, A.A. Avdeeva Sb. st. Ser. Demograficheskie issledovaniya. Vyp. 18. M.: TEIS, 2011. S. 177. [Fertility and family planning in Russia: History and perspectives. Ed. by I.A. Troitskaya, A.A. Avdeev. Coll. Articles. Ser. Demographic research. Issue 18. Moscow: TEIS, 2011. p. 177. (In Russ.)].
6. Kulakov V.I. Vspomogatel'nye reproduktivnye tekhnologii – nastoyashchee i budushchee. M.: Meditsinskoe informatsionnoe agentstvo, 2005. S. 11–14. [Kulakov V.I. Assisted reproductive technologies – present and future. Moscow: Medical Media Agency, 2005. Pp. 11–14. (In Russ.)].
7. Kellet E.P., Korneeva I.E., Shurshalina A.V. Besplodie neyasnogo geneza: fokus sovremennykh nauchnykh issledovanii. Problemy reproduktsii 2010; 16(1):32–5. [Kellet E.P., Korneeva I.E., Shurshalina A.V. Unexplained infertility: the focus of current scientific research (a review). Problemy reproduktsii = Russian Journal of Human Reproduction 2010;16(1):32–5. (In Russ.)].
8. Korneev I.A., Zasseev R.D. Preodolenie besplodiya u muzhchin s retrogradnoi eyakulyatsiei i aneyakulyatsiei. Urologicheskie vedomosti 2017;7(2):10–15. [Korneev I.A., Zasseev R.D. The infertility overcoming in men with retrograde ejaculation and anejaculation. Urologicheskie vedomosti = Urology Reports (St. Petersburg) 2017;7(2): 10–15. (In Russ.)]. DOI: 10.17816/uroved7210-15.
9. Rukovodstvo VOZ po issledovaniyu i obrabotke eyakulyata cheloveka. Per. s angl. N.P. Makarova. Nauch. red. L.F. Kurilo. 5-e izd. M.: Kapital Print, 2012. 291 s. [WHO laboratory manual for the examination and processing of human semen. Translation from English by N.P. Makarov. Ed. by L.F. Kurilo. 5th edition. Moscow: Kapital Print, 2012. 291 p. (In Russ.)].
10. Volkova N.A., Pavlovich E.V., Gapon A.A., Nikolov O.T. Vliyanie elektromagnitnogo oblucheniya millimetrovogo diapazona na morfofunktsional'noe sostoyanie kriokonservirovannykh spermiev cheloveka. Byulleten' eksperimental'noi biologii i meditsiny 2014;157(5):587–90. [Volkova N.A., Pavlovich E.V., Gapon A.A., Nikolov O.T. Effects of millimeterwave electromag-netic exposure on the morphology and function of human cryopreserved spermatozoa. Byulleten eksperimentalnoy biologii i meditsiny = Bulletin of Experimental Biology and Medicine 2014;157(5):587–90. (In Russ.)].
11. Shutskaya Yu.Yu., El'kina Yu.L., Kuravskii M.L. i dr. Issledovanie glitseral'degid-3-fosfatdegidrogenazy iz spermatozoidov cheloveka. Biokhimiya 2008;73(2):228–36. [Shutskaya Yu.Yu., Elkina Yu.L., Kuravskiy M.L. et al. Investigation of glyceraldehyde-3- phosphate dehydrogenase from human spermatozoa. Biokhimiya = Biochemistry (Moscow) 2008;73(2):228–36. (In Russ.)].
12. Tremellen K. Oxidative stress and male infertility – a clinical perspective. Hum Reprod Update 2008;14(3):243–58. DOI: 10.1093/humupd/dmn004.
13. Ershova O.A., Bairova T.A., Kolesnikov S.I. i dr. Okislitel'nyi stress i gen katalazy. Byulleten' eksperimental'noi biologii i meditsiny 2016;161(3):378–81. [Ershova O.A., Bairova T.A., Kolesnikov S.I. et al. Oxidative stress and catalase gene. Bulleten eksperimentalnoy biologii i meditsiny = Bulletin of Experimental Biology and Medicine 2016;161(3):378–81. (In Russ.)].
14. Altunoluk B., Efe E., Kurutas E.B. et al. Elevation of both reactive oxygen species and antioxidant enzimes in vein tissue of infertile men with varicocele. Urol Int 2012;88(1):102–6. DOI: 10.1159/000332156.
15. Hamada A., Esteves S.C., Agarval A. Insight into oxidative stress in varicoceleassociated male infertility: Part 2. Nat Rev Urol 2013;10(1):26–37. DOI: 10.1038/nrurol.2012.198.
16. Stel'mashuk E.V., Genrikhs E.E., Mukhaleva E.V. i dr. Neiroprotektivnoe deistvie metilenovoi sini in vivo i in vitro. Byulleten' eksperimental'noi biologii i meditsiny. 2019;167(4):438–42. [Stelmashuk E.V., Genrikhs E.E., Mukhaleva E.V. et al. Neuroprotective effects of methylene blue in vivo and in vitro. Bulleten eksperimentalnoy biologii i meditsiny = Bulletin of Experimental Biology and Medicine 2019;167(4):438–42. (In Russ.)].
