Цілісність ДНК сперматозоїдів – новий маркер чоловічої фертильності

І. С. Чорнокульський,  лікар-уролог,  андролог, канд. мед. наук
Державна наукова установа «Науково-практичний центр профілактичної та клінічної медицини»
Державне управління справами
Національний медичний університет ім. О. О. Богомольця
М. І. Бойко, лікар-андролог, сексопатолог, проф., д-р.  мед. наук
Національний медичний університет ім. О.О. Богомольця

Сталий розвиток суспільства будь-якої країни, як і цивілізації в цілому залежить від демографічних показників та перспектив їхнього розвитку, які у свою чергу залежать від репродуктивного здоров’я населення.

Репродуктивне здоров’я нації визначають такі чинники: демографічні та медичні показники; частота неплідності; кількість захворювань, що передаються статевим шляхом; контрацепція. Завданнями вирішення проблем репродуктивного здоров’я нації займається репродуктивна медицина, складовою частиною якої є допоміжні репродуктивні технології (ДРТ) в лікуванні неплідності. Проблему репродуктивного здоров’я і тривалості життя виведено в ранг загальнонаціональних, а збереження репродуктивного здоров’я населення виходить за рамки суто медичного питання і стає загальнодержавною, міждисциплінарною проблемою [1].

На неплідність страждають чоловіки і жінки в усьому світі. Про безплідність подружньої пари говорять, коли в шлюбі, що триває мінімум рік, за умови регулярних сексуальних контактів без контрацепції не відбулося зачаття. За іншими визначеннями, безплідним вважається шлюб по закінченню двох років. Якщо жінка молодша 20 років, то два роки не вважаються критичним терміном, але якщо їй за 30, то навіть річний термін повинен бути скорочений до півроку. Таким чином, висновок про неплідність шлюбу в кожному випадку робиться індивідуально. Неможливість мати дітей негативно впливає на сімейні стосунки, виникає депресія, яка шкодить організму, порушуючи його репродуктивні функції – так утворюється замкнене коло. Через  неплідність розпадаються тисячі шлюбів, страждають мільйони людей [2].

В Україні, за різними оцінками, з 15 млн партнерських пар труднощі з тим, щоб завести дитину, мають від 1 до 3 млн пар. Більш точних даних немає, оскільки глобальних досліджень безпліддя не проводилося. Ситуація в Україні не дуже відрізняється від світової. За даними ВООЗ, на планеті від 60 до 80 млн  пар (кожна четверта-п’ята) страждають на безпліддя [3].

Світова статистика показує таку частоту неплідності за гендерним фактором: суто жіночий фактор становить 30 % від загальної  чисельності людей, що хворіють на неплідність, чоловічий – 30 %, поєднаний – 30 % та 10 % випадків мають нез’ясоване походження [3]. Водночас структура неплідності в Україні у 2009 р. була такою: 79,4 % – жіноче, 20,6 % – чоловіче (див. рис. 1). За даними державних статистичних звітів, в Україні у 2009  р. було зареєстровано 42 038 випадків жіночої неплідності та 10 934 – чоловічої, у 2008 р. – відповідно 43 134 (82,7 %) і 10 692 (17,3 %). Зареєстровано вперше випадків жіночої неплідності – 12 428, чоловічої – 4 312; у 2008 р. –  відповідно 13 175 та 4 592 випадків.

Рис. 1. Структура неплідності в Україні в 2009 р.

На сьогодні  в галузі репродуктивної медицини значно зростає цікавість до проблеми батьківського фактору неплідності, якості батьківського генетичного матеріалу [4, 5], оскільки саме цей фактор суттєво впливає на можливість запліднення як природним шляхом, так і за допомогою ДРТ.  За даними Seli E. et al. [6], у  > 50 % розпочатих лікувальних циклів за методами ДРТ  задіяний чоловічий фактор неплідності.

Термін «чоловіча неплідність» не є певним клінічним синдромом, а швидше сукупністю різних станів зі своєю етіологією та прогнозом. Це певний потенціал, граничні межі якого змінюються протягом усього життя. Тому, на даному етапі, нерозсудливо, опираючись лише на тести, з абсолютною упевненістю прогнозувати настання вагітності у партнерки пацієнта [7]. З іншого боку, коли результати тестів є нижчими за норму, це не повинно стати приводом для встановлення остаточного діагнозу – «чоловіча неплідність».

Після відкриття рухомих клітин сім’яної рідини студентом-медиком – І. Гамом та першого листа його вчителя – Ван Левенгука у 1677 р. до Королівського товариства (Лондон), в якому було надано детальний опис і морфологічні малюнки чоловічих гамет, уваги до їхньої будови не приділялось аж до ХХ століття. Морфологічно «нормальний» сперматозоїд представлений на рис. 2. Із 1940-х років цей аспект аналізу сім’яної рідини став інтенсивно вивчатись. Першим відомим фактом став факт про те, що нормальні й патологічні форми складають популяцію одного зразка сперми [9]. У процесі вивчення питання  McLeod G. & Gold R.  (1951) показали, що морфологічна будова сперматозоїдів значно відрізнялась у фертильних та неплідних чоловіків [10]. Впровадження сучасних морфологічних, біохімічних і молекулярних методів  охарактеризували різні аномалії сперми неплідних чоловіків. Стало відомо, що існує обмежена кількість морфологічно аномальних, нерухомих і мертвих форм сперматозоїдів в еякуляті репродуктивно активних чоловіків, та що ці показники патологічно підвищені в багатьох випадках чоловічої неплідності. З цих спостережень розвивалися поняття тератозооспермії, астенозооспермії й некрозооспермії, – станів, які негативно впливають на потенціал чоловічої фертильності в природних умовах і при використанні циклів ДРТ. З введенням ICSI постало питання щодо експертизи рухливості і морфологічної структури одного окремого сперматозоїда  для ін’єкції його в ооцит. Причому  з’ясувалось, що неправильні й нерухомі сперматозоїди також могли успішно запліднити ооцити, тоді постало питання про зручність залучення їх до технологій ДРТ. Одна група науковців підкреслювала важливість упровадження різних додаткових методик для характеристики патології сперматозоїдів і постановки точного діагнозу, а інші – були схильні використовувати сперматозоїди неплідних чоловіків для ДРТ не приділяючи уваги детальній діагностиці. Пізніше було доведено, що в багатьох пацієнтів з неплідністю має місце порушення генетичного матеріалу, який залежно від характеру патологій сперми значно впливає на результат ЕКЗ та ICSI та може бути успадкований нащадками. Ймовірно, те чи інше порушення функції пов’язане з певним видом морфологічної аномалії. Отже, різні морфологічні дефекти можуть мати різне прогностичне значення для запліднення методами класичних ЕКЗ та ICSI.

Рис. 2. Нормозооспермія. Морфологічно нормальні еякульовані сперматозоїди. Визначається головка (Г), проміжна частина джгутика сперматозоїда (ПЧД) та основна частина джгутика сперматозоїда (ОЧД). В ділянці проміжної частини джгутика визначається цитоплазматична крапля (ЦК) нормальних розмірів. Забарвлення за Папаніколау  ×2 000.

Відтворення диплоїдного набору хромосом, – злиття материнського та батьківського гаплоїдних наборів генетичного матеріалу, – ключовий момент у зародженні нового людського організму. Отже, логічним буде висновок про те, що цілісність ДНК статевих клітин – основний показник можливості утворення та розвитку потомства. Особливо важливим цей висновок є в епоху ДРТ, коли функції переносу генетичного матеріалу, а саме: здатності сперматозоїдів до рухливості та потрапляння всередину яйцеклітини вже можуть бути виконані штучно в умовах клінік репродуктивної медицини.

Накопичилось достатньо експериментального матеріалу на користь того, що саме зрілі чоловічі статеві клітини тримають лідерство за частотою порушень генетичного матеріалу порівняно з іншими клітинами. Такі порушення можуть бути пов’язані з генними мутаціями, мікроделеціями хромосом, анеуплоїдією, епігенетичними порушеннями, порушенням компактизації хроматину і пошкодженням (фрагментацією) спермальної ДНК [11]. Фрагментація ДНК характеризується одно- або дволанцюговими розривами подвійної спіралі ДНК; це явище широко розповсюджене серед чоловіків зі зниженим потенціалом фертильності. Фото-результати одного з тестів на фрагментацію ДНК представлені на рис. 3.

Рис. 3 Препарат донорської сперми людини. Нормозооспермія. Морфологічно нормальні еякульовані сперматозоїди. Флюорисцентна мікроскопія після тесту «Halosperm®». На даному фото можна диференціювати головку сперматозоїда (Г), його джгутик (Д) та ореол від петель хроматину (О). Збільшення ×2 000. Головка при флюорисцентній мікроскопії після оброблення кислотним розчином для денатурації ДНК сперматозоїдів та лігуючим розчином для видалення ядерних білків, за відсутності масивного пошкодження ДНК, утворює ядра з великими ореолами від петель хроматину.

Фрагментація ДНК (ФД) відносно нещодавно відкрила причини чоловічої неплідності, що останнім часом досить інтенсивно досліджується. Логічними є припущення про те, що ФД сперматозоїдів негативно впливатиме на можливість запліднення [12] та ембріональний розвиток з його початкових етапів [13], а також про те, що в неплідних чоловіків процент ФД буде більшим, ніж у фертильних чоловіків [14]. Оскільки при ICSI можливе запліднення яйцеклітини дефектним батьківським генетичним матеріалом, вивчення даної проблеми стає дедалі актуальнішим в умовах ДРТ, що стрімко розвиваються. Серед сперматозоїдів фертильного чоловіка процент їх з ФД становить 12–14 % [15]. За іншими даними,  може перевищувати  20 % [16]. Проте, якщо понад 30 % сперматозоїдів мають ФД,  настання нормальної вагітності неможливе [17].

Використання класичного аналізу сперми (спермограма), рекомендованого ВООЗ, не завжди є результативним для виявлення чоловічої неплідності, бо навіть за умови нормозооспермії, інших нормальних клініко-лабораторних показників та того, що партнерка чоловіка здорова, у пари можуть бути проблеми з тим, щоб завести дитину. У такому разі ставиться діагноз ідіопатичної неплідності, чим підтверджується проблема недостатності сучасного рівня діагностики та нерозуміння всієї суті даної патології. Тому спермограма є досить загальним методом оцінювання чоловічої фертильності, хоча й існує пряма залежність між показниками спермограми та фертильністю.

Сперматозоїди навіть зі  значним рівнем ФД зберігають здатність запліднити ооцити. Проте надалі ембріональний розвиток може блокуватися на різних етапах. Зазначається певний рівень ФД сперматозоїда, що може бути нейтралізований відновною здатністю яйцеклітини (пошкодження ДНК сперматозоїда, що запліднює яйцеклітину, мають становити не більше 8 %) [18]. Отже, біологічний ефект неправильної структури хроматину ядра сперматозоїда залежить від сумації негативного впливу пошкодження ДНК та відновної здатності яйцеклітини.

Особливості структури спермального хроматину

На відміну від соматичних клітин, хроматин ядер сперматозоїдів ссавців має надщільне пакування ДНК і є найменшим за об’ємом серед усіх еукаріотичних клітин. Це явище біологічно виправдане: таким чином досягається компактність сперматозоїда і захист спермальної ДНК від руйнуючої дії зовнішніх факторів, впродовж його переміщення  репродуктивними трактами чоловіка та жінки. Можливість цього зумовлена унікальними асоціаціями ДНК з протамінами, що утворюються в процесі сперматогенезу. Дане явище має назву ремоделінгу. В ядрах людських сперматозоїдів до 85 % ДНК асоційовані з протамінами. У ссавців, таких як миша, ховрах, бик та жеребець – до 95 % [19].

Феномен ремоделінгу в сперматогенезі, відкритий для всіх ссавців і є найбільш глобальною і радикальною зміною хроматину з усіх відомих механізмів ремоделінгу хроматину. Внаслідок цього процесу гістони спочатку замінюються на специфічні транзиторні білки, які надалі замінюються на протаміни, – невеликі основні білки, що багаті на аргінін. Механізм контролю елімінації гістонів недостатньо вивчений. Пусковим механізмом є модифікація гістонів: специфічне метилування, ацетилування, фосфорилювання або убіквітинування [20].

У соматичних клітинах спіраль ДНК, взаємодіючи з гістонами, утворює нуклеосому, комплекс нуклеусом, у свою чергу, формує соленоїд (суперскручену кільцеву макромолекулу діаметром 30 нм), який є структурною одиницею нитки хроматину (див. рис. 3). Balhorn R. (1982 висунув лінійно-рядову модель будови спермального хроматину: спіралі ДНК зв’язуються поздовжньо (див рис. 3) молекулами протаміну, що одним своїм кінцем приєднується до маленького заглиблення верхньої спіралі ДНК, а іншим – до великого заглиблення нижньої. Хроматин стабілізований внутрішніми та міжмолекулярними дисульфідними зв’язками. Структурна одиниця хроматину сперми ссавців – тороїд, що містить 50–60 КБ ДНК. В ядрах сперматозоїдів лише до 15 % ДНК упаковані гістонами, решта – протамінами, що дає мінімум шестикратну економію об’єму, який займає хроматин (у порівнянні із соматичними клітинами). Також компактизація досягається збільшенням ядерно-цитоплазматичного індексу: у сперматозоїдах об’єм цитоплазми мінімальний; та заповненням майже всього ядра сперматозоїдів хроматином, тоді як у соматичних клітинах  хроматин лише частково заповнює ядерний простір. На рис. 3 показано схематичне порівняння пакування ДНК в ядрах соматичних клітин та сперматозоїдах людини.

Рис. 4. Пакування ДНК в ядрах соматичних клітин та сперматозоїдах (схема)

Як зазначалось раніше, до 15 % спермальної ДНК упаковані гістонами, ця частина ДНК не так ущільнена і міститься на периферії ядра; вважається, що саме в цій частині молекули містяться гени, відповідальні за запліднення та ранній розвиток ембріона. Надлишок ядерних гістонів (> 15 %) призводить до гіршого ущільнення хроматину і більшої сприйнятливості до негативних зовнішніх впливів (наприклад, окислення, підвищена температура  в жіночому репродуктивному тракті) [21].

Протаміни ядра сперматозоїда поділяються на дві групи: протамін-1 (PRM1), характерний практично для всіх видів ссавців, та протамін-2 (PRM2), знайдений лише у деяких видів, зокрема у людини. Виявлено, що дефіцит протаміну II сприяє пошкодженню ДНК сперматозоїдів і загибелі мишачих ембріонів, отриманих після ICSІ [22]. Зміни в нормальному співвідношенні PRM1/PRM2 негативно впливають на показники фертильності чоловіків [23].

Фактори ризику розвитку чоловічої неплідності внаслідок фрагментації ДНК:

Вік. Результати дослідження, проведеного Winkle Т. та співавторами на 320 пацієнтах репродуктивних клінік, показали, що немає суттєвої кореляції між віком, параметрами спермограми та ФД [24].  На противагу цьому, Kidd S. зі  співавторами в їхньому огляді англомовних наукових робіт, присвячених даній проблемі (1980– 1999), показали, що з віком відбувається зниження об’єму сперми та показників рухливості і морфологічно нормальних форм сперматозоїдів, проте не виявлено суттєвих змін у показнику концентрації сперматозоїдів [25].

Стиль життя, режим харчування, метаболічні розлади, паління та екологічні токсини. Недостатнє потрапляння до організму поживних речовин, збалансованих за мінеральним та вітамінним складом, відсутність антиоксидантів, що мають протекторні властивості, погані звички та екологічні умови проживання негативно позначаються на якості сперми та генетичного матеріалу сперматозоїдів. Pots R. зі співавторами у своїх дослідженнях показали, що в тютюнового диму є мутагенні властивості, які спричиняють зниження об’єму сперми та концентрації сперматозоїдів, збільшенні відсотку тератоспермії. Так само повідомлялося, що тютюнопаління впливає на цілісність ДНК сперми. Використовуючи методи SСSA і TUNEL, було доведено, що рівень ФД сперматозоїдів значно вищий у чоловіків, що палять (p від < 0,02 до < 0,05) [26]. В іншому дослідженні, під керівництвом Saleh R., яке залучало 35 чоловіків, включених у програму ДРТ, продемонстровано  значно вищу ФД (визначену методом SСSA) в неплідних курців  у порівнянні з пацієнтами, що не палили (26 % проти 14 %, відповідно; p=0,02) [27]. У тому ж дослідженні встановлено, що паління було пов’язане зі збільшенням концентрації лейкоцитів у сім’яній плазмі на 48 % (p < 0,0001) та підвищенням рівню РФК на 107 % (p=0,001). Можливим поясненням цих результатів може бути спричинений лейкоцитами оксидативний стрес (ОС) під час сперматогенезу або в зрілій спермі [26]. Точний механізм збільшеної спермальної інфільтрації лейкоцитами в неплідних курців не з’ясований до кінця і вимагає подальшого дослідження. Метаболіти компонентів тютюнового диму можуть викликати запальну реакцію в чоловічому статевому тракті, з подальшим випуском медіаторів запалення. Медіатори запалення, такі як інтерлейкін (ІЛ)-6 та ІЛ-8, можуть задіяти і активізувати лейкоцити [28]. У свою чергу, активізовані лейкоцити можуть спричинити високий рівень РФК у спермі, з яким не впорається антиоксидантна система [7]. З іншого боку,  сім’яна плазма курців містить нижчі рівні антиоксидантів, ніж тих, що ведуть здоровий спосіб життя.

Оскільки тютюновий дим викликає окислювальне пошкодження ДНК сперматозоїдів за рахунок високого вмісту окислювачів і, як наслідок, виснаження антиоксидантних властивостей сім’яної рідини, куріння тютюну може привести до мутацій ДНК сперматозоїдів, природжених дефектів і генетичних хвороб потомства [29].

Пестициди (органофосфати) і забруднення повітря також пов’язане зі збільшеними рівнями ФД сперматозоїдів.

Інфекції статевого тракту та лейкоцитоспермія. Інфекційне запалення статевого тракту чоловіків (наприклад, орхоепідидиміт або простатит) призводить до лейкоцитоспермії, що, у свою чергу, асоціюється з ОС. Важливо зазначити, що системна інфекція також може впливати на показники спермограми. Підтвердженням цьому є вищезгаданий факт, що в пацієнтів під час епізоду грипу  відзначається транзиторне збільшення рівня ФД сперматозоїдів [30]. Лейкоцити в невеликій кількості виявляються в спермі багатьох чоловіків. Вони відіграють важливу роль в імунному захисті та фагоцитозі сторонніх агентів. Проте збільшення концентрації лейкоцитів у спермі вказує на інфекцію або запалення в статевому тракті та викликає зменшення популяції гермінативних клітин [31].

Дослідження, що проводилося групою авторів на чолі з Alvarez J. [32], виявило  кореляцію між кількістю пошкодженої ДНК та лейкоцитоспермією. Так, у пацієнтів з лейкоцитоспермією рівень ФД 31,0±12,2 % проти 9,0±7,1 % (p < 0,02) у здорових донорів. Після розбиття зразків сперми на дрібніші частини згідно зі стадією їхнього дозрівання з’ясовано, що зміни хроматину були найвищими в незрілій фракції. Одна потенційна гіпотеза для пояснення цих результатів – те, що лейкоцитоспермія може бути маркером запального процесу в яєчку.

Тестикулярна  гіпертермія. Підвищення температури, як зазначалось, викликає надлишок ядерних гістонів (збільшення гістон/протамінового індексу) та ФД, що знаходили в еякульованих сперматозоїдах [30]. Гіпертермія яєчок, спричинена зовнішніми факторами (наприклад, використання гарячих ванн, саун, тримання ноутбуків на колінах і тривалих періодів керування автомобілем, особливо з використанням підігріву сидінь), також викликає подібний ефект [33]. Хоча такого роду вплив на параметри сперми або результати вагітності не були продемонстровані науково, деякі професії пов’язані з гіршою якістю сперми. У фермерів, малярів і лакувальників була більша імовірність зменшеного об’єму сперми, тоді як у робочих металургії, зварювачів – менша рухливість сперми.

Крипторхізм окрім гіпертермії завдає механічного впливу на статеві залози. Шуляк О. В. та Воробець Д. З. [34], дослідивши морфо-функціональні характеристики еякуляту при різних формах неплідності, виявили негативну кореляцію між показниками спермограми та одностороннім пахвинним крипторхізмом.

Варикоцеле також пов’язане з ФД сперматозоїдів [35], тому що спричиняє ОС. Крім того, варикоцеле негативно впливає і на сперматогенез, суттєво знижуючи кількість сперматоцитів (до 60 %) і сперматид (до 50 %). Дослідженнями продемонстровано, що при варикоцеле спостерігається певна морфологічна особливість, пов’язана з високими рівнями РФК. При варикоцеле  спостерігається підвищення рівня ушкодження спермальної ДНК. Відзначається, що цілісність ДНК сперми покращувалась після лікування варикоцеле.

Гормональні чинники. Експериментальні данні продемонстрували, що гормональний дефіцит може зумовити дефекти хроматину сперми. У порівнянні з дикими мишами, нокаутні миші[1], в яких вимкнено ФСГ-рецептор, за даними Xing W. та співавторів, мали нижчі рівні спермального ядерного протаміну і нижчу концентрацію тестостерону, що асоціювались зі зниженою фертильністю та вищими рівнями ФД [36]. Серед вроджених гормональних дисфункцій, що призводять до погіршення якості ДНК сперматозоїдів необхідно відзначити синдром Кальмана, а серед набутих – пролактиному. Необхідно також згадати таку поширену патологію, як цукровий діабет, що також знижує потенціал фертильності чоловіків, порушуючи кровообіг в яєчках. Таким чином (порушуючи кровотік), та за рахунок підвищення рівня цукру в крові цукровий діабет погіршує процес сперматогенезу та негативно впливає на цілісність ДНК.

Пошкодження ДНК сперматозоїдів у хворих на рак. Тестикулярний рак, Ходжкінська лімфома та лейкемія серед загальної шкідливості впливає на фертильність чоловіків репродуктивного віку [37]. Зокрема, як показує статистика, чисельність раку яєчка зростає. Оскільки методи лікування для онкологічних хворих покращуються, ефекти такої терапії стають очевиднішими, проте неплідність стає головним ускладненням лікування хворих на рак.

Перш ніж ввести хіміо- або радіаційну терапію чи хірургічне лікування хворим на рак часто надається направлення до банку сперми. Проте онкологічні захворювання несприятливо впливають на фертильність чоловіків ще до терапії і негативно корелюють із кількісними та якісними показниками спермограми. Приблизно у 52 % пацієнтів з раком яєчка і в 40 % пацієнтів з іншими типами злоякісних пухлин зменшена загальна кількість сперматозоїдів у сім’яній рідині [38]. Тому якість донорського матеріалу таких пацієнтів у порівнянні з фертильними чоловіками значно нижча [37].

Хоча повідомлялось про випадки вагітності та народження дітей з використанням замороженої сперми від хворих на рак, ці зразки мали знижений потенціал запліднення [37]. Рівень ФД сперматозоїдів може допомогти у визначенні подальшої тактики заморожування сперми, перш ніж почнеться терапія. Зразки з високими показниками концентрації сперми, рухливості сперматозоїдів і низькими рівнями пошкодження ДНК можуть бути збережені у відносно великих кількостях, відповідних для внутрішньоматкової інсемінації (ВМІ).

Ліки, хіміо- та радіаційна терапія. Хіміотерапевтичні препарати, такі як флударбін, циклофосфамід і бусульфан можуть викликати пошкодження тканини яєчка, що проявляється зменшенням об’єму яєчка, олігозооспермією, підняттям рівнів ФСГ і ЛГ і нижчими концентраціями тестостерону [37]. Високий рівень ФД сперматозоїдів може бути відзначений навіть після  першої дози подібних препаратів та зберігатися протягом декількох місяців після припинення їхнього використання. Також доведено, що кокаїн впливає на якість ДНК сперми. Експериментально встановлено: кокаїн призводить до підвищення рівня ФД та апоптозу сперматозоїдів [39]. Бондаренко Л. Б., Шаяхметова Г. М. та їхні співавтори в експериментальній роботі на щурах показали збільшення рівня ФД після хіміотерапії протитуберкульозними препаратами (етамбутол, ізоніазид, рифам­піцин та піразинамід) протягом 60 днів у терапевтичній дозі, зазначивши, що індекс запліднювальної здатності у щурів після прийому таких препаратів був у сім разів нижчим порів­няно з контрольною групою [40].

У молодих людей з онкологічними захворюваннями (Ходжкінська лімфома, рак яєчка), як правило, погана якість сперми і високі рівні ФД сперматозоїдів, навіть перед терапією. При хіміо- та радіаційній терапії раку в організмі таких пацієнтів відбувається кумуляція негативного впливу, що часто робить їх повністю неплідними. Гермінативний епітелій яєчка, який швидко ділиться, – природна мета для цитостатичних ліків. Радіаційна терапія завдає подібного збитку і залежить від тривалості та дози опромінення. На даний час немає великої кількості клінічного матеріалу щодо ФД сперматозоїдів після радіотерапії. За даними Arnon J. та його співавторів [41], серед потомства від онкологічних пацієнтів, що пройшли курс променевої терапії, ніякого збільшення генетичних дефектів або вроджених аномалій не відзначалося. Проте більшість лікарів рекомендують пацієнтам не планувати дітей протягом 1–2 років після терапії злоякісних пухлин. Відновлення сперматогенезу може відбутися через місяці, а то й роки після терапії, але наявність ФД сперматозоїдів часто може зберігатися все життя після лікування. Ризик сталості пошкодження ДНК гермінативних клітин – причина для хвилювань багатьох онкологічних хворих.

Один з видів нетрадиційної медицини (фітотерапія) стає дедалі популярнішою, незважаючи на нестачу наукового експериментального матеріалу для оцінювання її ефективності та безпеки. У дослідженні, спрямованому на оцінювання ефекту деяких з цих широко використовуваних трав на якість ДНК сперматозоїдів, високі концентрації звіробою звичайного, гінкго дволопатевого (білоба) та ехінацеї пурпурної завдавали шкоди репродуктивним клітинам і, навіть, чинили мутагенний вплив [42].

Ятрогенне пошкодження ДНК сперматозоїдів. На сьогодні доступна широка різноманітність протоколів з підготовки сперми для використання в циклах ДРТ. Проте  ці методи залучають часте швидкісне центрифугування, що відділяє сперматозоїди  від захисного антиоксидантного середовища, яке створюється сім’яною плазмою. Внаслідок цього ДНК сперми страждає через надлишок РФК [43]. Зазвичай,  сім’яна плазма містить високо- і низькомолекулярні сполуки, які захищають сперматозоїди від високотоксичних кисневих радикалів (мідь, супероксиддисмутаза цинку і каталаза) [44]. Крім того, оригінальна плазма містить антиоксиданти, що ламають ланцюг, такі як аскорбат, урат, альбумін, глутатіон і таурин [45]. Таким чином, сім’яна плазма відіграє  вирішальну роль у захисті від РФК, і її видалення під час підготовки сперми до циклів ДРТ небезпечно для цілісності ДНК сперми.

Інша форма ятрогенного втручання, що може призвести до пошкодження ДНК, є кріоконсервація, яка широко використовується в циклах ДРТ. Хоча було доведено [46], що кріоконсервація сперми не збільшує рівень ФД сперматозоїдів, інші дослідження вказують на те, що процес заморожування-відтаювання  значно ушкоджує спермальну ДНК [47, 48]. На даний момент флеш-заморожування в рідкому азоті є найкращим методом для кріоконсервації людської сперми. Поясненням цього можуть слугувати такі гіпотези: сперматозоїди неплідних чоловіків мають більший рівень нерегулярної організації хроматину і, таким чином, показують істотне зменшення опору хроматину тепловій денатурації. Іншим чинником  може бути брак захисних елементів в сім’яній плазмі.

Питання  цілісності генома чоловічих гамет актуальне для діагностики і лікування чоловічої неплідності, підвищення ефективності методів ДРТ і запобігання передачі генетичних дефектів при використанні ДРТ, особливо при ICSІ. З огляду на все вищезазначене, існує необхідність розроблення та широкого впровадження лабораторних тестів, що могли б оцінити цілісність батьківського генетичного матеріалу та дали змогу більш точно визначити причини батьківського фактору неплідності.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

  1. Концепція Державної програми «Репродуктивне здоров’я нації на 2006–2015 рр.» (Розпорядження Кабінету Міністрів України від  27 квітня 2006 р. № 244-р  «Про схвалення Концепції Державної програми «Репродуктивне здоров’я нації на 2006–2015 роки») [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://zakonrada.gov.ua/laws/show/.
  2. Daniels K. Management of the psychosocial aspects of infertility / Daniels // Australia and New Zealand J. Obstetr. and Gynecol. –  1992. – №  32. – P. 57–61.
  3. Юзько О. М. Допоміжні репродуктивні технології в Україні / О. М. Юзько, Н. Я. Жилка, Н. Г. Руденко, Г. М. Альошина, Т. А.  Юзько // Репродуктивна медицина. –   –  № 3. – С. 15–19.
  4. Carrel D. Sperm DNA fragmentation is increased in couples with unexplained recurrent pregnancy loss / Carrel, L. Liu, C. Peterson, K. Jones, H. Hatasaka, L. Ericson // Arch. Androl. –  2003. – №  49. – P. 49–55.
  5. Oehninger S. Semen quality is there a paternal effect on pregnancy outcome in in-vitro fertilization intracytoplasmic sperm injection? /   Oehninger, S. Chaturvedi, J. Toner // Hum Reprod. –  1998. – №  13. – P.  2161–2164.
  6. Seli E. Spermatozoal nuclear determinants of reproductive outcome: implications for ART / Seli, D. Sakkas // Hum Reprod Update. – 2005. – №  11 (4). – P. 337–349.
  7. Aitken R. Analysis of sperm movement in relation to the oxidative stress created by leukocytes in washed sperm preparations and seminal plasma / Aitken, D. Buckingham, J. Brindle, E. Gomez, G. Baker and S. Irvine // Hum. Reprod. –  1995. – №  10. – P. 2061–2071.
  8. Aitken R. The diagnosis of male infertility by semen quality: On the nature of semen quality and infertility / Aitken, H. Baker, D. Irvine // Hum. Reprod. –  1995. – №  10. – P. 248–250.
  9. Hotchkiss R. Fertility in Men / R. Hotchkiss // London: William Heinemann. – 1945. –  216
  10. MacLeod J. The male factor in fertility and infertility. IV. Sperm morphology in fertile and infertile marriage / MacLeod, R. Gold // Fertil Steril. –  1951. – №  2(5). – P. 394–414.
  11. Findikli N. Assessment of DNA fragmentation and aneuploidy on poor quality human embryos / N. Findikli, S. Kahraman, Y. Kumtepe // Reprod Biomed Online. –  2004. – №  8 (2). – P. 196–206.
  12. Spano M. Sperm chromatin damage impairs human fertility. The Danish First Pregnаncy Planner Study Team / M. Spano, J. Bonde, H. Hjollund, Kolstad, E. Cordelli, G. Leter // Fertil. Steril. –  2000. – №  73. – P. 43–50.
  13. Tesarik J. Paternal effects acting during the first cell cycle of human preimplantation development after ICSI / J. Tesarik, E. Greco, Mendoza // Hum Reprod. –  2002. – №  17. – P. 184–189.
  14. Zini A. Correlations between two markers of sperm DNA integrity, DNA denaturation and DNA fragmentation, in fertile and infertile men / A. Zini, R. Bielecki, D. Phang, M. Zenzes  // Steril. –  2001. – №  75. – P. 674–677.
  15. Rybouchkin A. Study of human spermatozoa by injection into mouse oocytes and clinical application / Rybouchkin // Thesis for degree of Doctor in Medical Sciences. Ghent, Belgium –  1998.
  16. Федорова И. Д. Цитогенетическая характеристика эякулированных клеток сперматогенного ряда человека : автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. мед. наук : спец. 14.01.23 «Урологія» / И. Д. Федорова. –  Ст-Петербург 2004. – 24 с.
  17. Agarwal А. Role of sperm chromatin abnormalities and DNA damage in male infertility / А. Agarwal, Tamer M. Said // HumReprod. –  2003. – №  9(4). – P. 331–345.
  18. Ahmadi A. Fertilizing ability of DNA-damaged spermatozoa / Ahmadi, S.  Ng // J. Exp. Zool. –  1999. – №  284 . – P. 696–704.
  19. Gatewood J. Sequence-specific packaging of DNA in human sperm chromatin / J. Gatewood, G. Cook, R. Balhorn, E. Bradbury, C.  Schmid // Science. –  1987. – №  236. – P. 962–
  20. Govin J. The role of histones in chromatin remodelling during mammalian spermiogenesis / J. Govin, C. Caron, C. Lestrat // Eur J Biochem. – 2004. – №  271. – P. 3459–3469.
  21. Kosower N. Thiol-disulfide status and acridine orange fluorescence of mammalian sperm nuclei / N. Kosower, H. Katayose, R. Yanagimachi // J Androl. –  1992. – №  13. – P. 342–
  22. Cho С. Protamine 2 deficiency leads to sperm DNA damage and embryo death in mice / С. Cho, H. Jung-Ha, W. Willis // Biol Reprod. –  2003. – №  69. – P. 211–217.
  23. De Yebra L. Complete selective absence of protamine P2 in humans / L. De Yebra, J. Ballesca, J. Vanrell, L. Bassas, R.  Oliva // J Biol Chem. –  1993. – №  268. – P. 10553–
  24. Winkle T. The correlation between male age, sperm quality and sperm DNA fragmentation in 320 men attending a fertility center / T. Winkle, Rosenbusch, F Gagsteiger., T. Paiss, N. Zoller // J Assist Reprod Genet. –  2009. – №  26 (1). – P. 41–46.
  25. Kidd S. Effects of male age on semen quality and fertility: a review of the literature / Kidd, B. Eskenazi, A. Wyrobek // Fertil Steril. –  2001. – №  75 (2). – P. 237–248.
  26. Potts R. Sperm chromatin damage associated with male smoking / Potts, C. Newbury, G. Smith, L. Notarianni, T.  Jefferies // Mutat. Res. –  1999. – №  423. – P. 103–111.
  27. Saleh R. Effect of cigarette smoking on levels of seminal oxidative stress in infertile men: a prospective study / Saleh, A. Agarwal, R. Sahrama, D. Nelson, A. Jr Thomas // Fertil Steril. –  2002. – №  78. – P. 491–499.
  28. Comhaire F. Mechanism and effects of male genital tract infection on sperm quality and fertilizing potential: the andrologist’s view point / Comhaire, A. Mahmoud, C. Depuydt, A. Zalata, A.  Christofe // Hum. Reprod. Update. –  1999. – №  5. – P. 393–398.
  29. Fraga C. Smoking and low antioxidant levels increase oxidative damage to sperm DNA / Fraga, P. Motchnik, A. Wyrobek, D. Rempel, B.  Ames // Mutat. Res. –  1996. – №  351. – P. 199–203.
  30. Evenson D. Characteristics of human sperm chromatin structure following an episode of influenza and high fever: a case study / Evenson, L. Jost, M. Corzett, R.  Balhorn // J. Androl. –  2000. – №  21. – P. 739–746.
  31. Sigman M. The correlation between round cells and white blood cells in the semen / M. Sigman, L. Lopes // J. Urol. –  1993. – №  388. – P. 573–
  32. Alvarez J. Increased DNA damage in sperm from leukocytospermic semen samples as determined by the sperm chromatin structure assay / Alvarez, R. Sharma, M. Ollero, R. Saleh, M. Lopez, A. Thomas, D. Evenson, A.  Agarwal // Fertil Steril. –  2002. – №  78. – P. 319–329.
  33. Fischer M. Human sperm DNA integrity: correlation with sperm cytoplasmic droplets / M. Fischer, J. Willis, A.  Zini // Urology. –  2003. – №  61. – P. 207–
  34. Шуляк О. В. Проблема спермаглютинації в процесі лікування чоловічої неплідності [Електронний ресурс] / О. В. Шуляк, Д. З.  Воробець // [Електронний ресурс]. – Режим доступу до статті: http://www.ukraine.uroweb.ru
  35. Saleh R. Evaluation of nuclear DNA damage in spermatozoa from infertile men with varicocele / R. Saleh, A. Agarwal, E. Nada, M. El-Tonsy, Sahrama, A. Meyer, D. Nelson, A. Jr Thomas // Fertil Steril. –  2003. – №  80. – P. 1431–1436.
  36. Xing W. Role of follitropin receptor signaling in nuclear protein transitions and chromatin condensation during spermatogenesis / Xing, H. Krishnamurthy, M. Sairam // Biochem Biophys Res Commun. –  2003. – № 312. – P. 697–701.
  37. Agarwal  Value of clinical diagnosis in predicting the quality of cryopreserved sperm from cancer patients / A. Agarwal, M. Shekarriz, R. Sidhu, A.  Thomas // J. Urol. –  1996. – №  155. – P. 934–938.
  38. Chapman M. Cyclical   combination  chemotherapy and gonadal function. Retrospective study in males / Chapman, S. Sutcliffe, L. Rees, C. Edwards, J. Malpas // Lancet. –  1979. – №  1. – P. 285–289.
  39. Li H. Cocaine induced apoptosis in rat testes / Li, Y. Jian, R. Rajpurkar, J. Dunbar, C.  Dhabuwala // J. Urol. –  1999. – №  162. – P. 213–216.
  40. Бондаренко Л. Б. Вплив протитуберкульозних засобів на біохімічні та функціональні показники стану гонад щурів-самців / Л. Б. Бондаренко, Г. М. Шаяхметова, І. С. Блажчук, В. М.  Коваленко // Фармакологія та лікарська токсикологія. –  2011. – № 6(25). – С. 35–40.
  41. Arnon J. Genetic and teratogenic effects of cancer treatments on gametes and embryos / Arnon, D. Meirow, H. Lewis-Roness and A.  Ornoy // Hum. Reprod. Update. –  2001. – №  7. – P. 394–403.
  42. Ondrizek R. An alternative medicine study of herbal effects on the penetration of zona-free hamster oocytes and the integrity of sperm deoxyribonucleic acid / Ondrizek, P. Chan, W. Patton, A. King // Fertil. Steril. –  1999. – №  71. – P. 517–522.
  43. Zalata A. Evaluation of the role of reactive oxygen species in male infertility / A. Zalata, T. Hafez, F.  Comhaire // Reprod. –  1995. – №  10. – P. 1444–1451.
  44. Siciliano L. Impaired seminal antioxidant capacity in human semen with hyperviscosity or oligoasthenozoospermia / L. Siciliano, P. Tarantino, Longobardi, V. Rago, C. De Stefano, A.  Caprino // J. Androl. –  2001. – №  22. – P. 798–803.
  45. Thiele J. Ascorbic acid and urate in human seminal plasma: determination and interrelationships   with   chemiluminescence   in   washed   semen / Thiele, H. Friesleben, J. Fuchs, F. Ochsendorf // Нum. Reprod. –  2004. – №  10. – P. 110–115.
  46. Steele E. Comparison of the effects of two methods of cryopreservation on testicular sperm DNA / Steele, N. McClure, S.  Lewis // Fertil. Steril. –  2000. – №  74. – P. 450–453.
  47. Donnelly E. Cryopreservation of human semen and prepared sperm: effects on motility parameters and DNA integrity / Donnelly, N. McClure, S.  Lewis // Fertil. Steril. –  2001. – №  76. – P. 892–900.
  48. Donnelly E. Assessment of DNA integrity and morphology of ejaculated spermatozoa from fertile and infertile men before and after cryopreservation / Donnelly, E. Steele, N. McClure and S.  Lewis // Hum. Reprod. –  2001. – №  16. – P. 1191–1199.

[1] Нокаутна миша — генетично змінена домашня миша, у якої експресія одного або кількох генів вимкнена за допомогою нокауту генів

START TYPING AND PRESS ENTER TO SEARCH