Ethnic features of antioxidant status in men with infertility

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Мужское бесплодие — это синдромокомплекс, характеризующийся широким спектром нарушений, симптом множества разнообразных патологических состояний, затрагивающих половую, эндокринную, нервную и иммунную системы организма [1–4]. Одной из причин, снижающих мужскую фертильность, является гиперпродукция активных форм кислорода (АФК) [5–7]. Следствием избыточного количества АФК в сперме является нарушение целостности мембран, приводящее к снижению подвижности и оплодотворяющей способности сперматозоидов [8, 9]. В условиях интенсификации процессов перекисного окисления липидов и белков возникают патологические состояния, ведущие к повреждению ДНК и апоптозу сперматозоидов [1, 9, 10]. В отличие от соматических клеток, половые более чувствительны к перекисному окислению липидов в связи с отсутствием необходимой системы репарации цитоплазматических ферментов. Кроме того, в цитоплазматической мембране имеется большое количество полиненасыщенных жирных кислот и мембраносвязанной НАДФН-оксидазы 5, что делает гаметы особо восприимчивыми к атакам АФК [3, 8]. Равновесие между окислительным и антиокислительным компонентами в мужской репродуктивной системе является залогом её нормального функционирования. Антиоксидантная система семенной жидкости представлена неферментативными (ретинол, α-токоферол, аскорбат, пируват, глутатион, глицин, цинк) и ферментативными антиоксидантами (супероксиддисмутаза (СОД), глутатионтрансфераза, глутатионпероксидаза, глутатионредуктаза, каталаза) [11–13]. В современных исследованиях продемонстрирована этноспецифичность липоперекисных процессов как у здоровых людей [14–16], так и при различных патологических состояниях [17, 18], вследствие чего учёт этнического фактора необходим для понимания патогенетических механизмов развития патологических процессов с последующей разработкой дифференцированных профилактических программ и корректирующих мероприятий для представителей различных этносов.

Целью исследования явилась оценка антиоксидантного статуса в крови и эякуляте мужчин с патозооспермией в разных этнических группах.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Объект исследования. В исследование включены мужчины-монголоиды (на примере бурят) и европеоиды (на примере русских), родившиеся и проживающие на территории Восточной Сибири. Проведён ретроспективный анализ результатов обследования 143 бурят и 222 русских мужчин с патозооспермией (средний возраст — 29,9±5,3 года) из бесплодных семейных пар, обратившихся в Республиканский перинатальный центр г. Улан-Удэ в период с января 2019 по октябрь 2021 года. Обязательным условием включения в исследование явилось наличие бесплодия в браке, т.е. беременность не наступала при регулярной половой жизни пары (без предохранения) в течение не менее одного года. Контрольную группу составили практически здоровые мужчины с реализованной репродуктивной функцией (97 — монголоиды и 104 — европеоиды, средний возраст — 30,2±3,6 года). Все пациенты предоставили информацию о хронических заболеваниях, инфекциях в острой фазе, а также соблюдали 3 положенных дня полового воздержания перед обследованием. Этническую принадлежность оценивали по генеалогическому анамнезу (представители, имеющие в двух поколениях родителей одной этнической группы) и самоидентификации с учётом элементов фенотипа. По возрасту, ростовесовым показателям, этнической принадлежности группы обследования были сопоставимы. Все данные представлены анонимно, а исследования не предполагали финансовых вложений со стороны пациентов.

В качестве материала для исследования компонентов антиоксидантной защиты использовали эякулят, плазму крови и гемолизат эритроцитов. Забор крови осуществляли утром, натощак, из локтевой вены. Критериями исключения из исследования служили инфекции, передающиеся половым путём; ожирение; сахарный диабет; артериальная гипертензия; воспалительные заболевания урогенитального тракта; генетические аномалии (AZF-делеции; CFTR-мутации; мутационные изменения числа CAG-повторов, контролируемые андрогеновыми рецепторами) и эндокринное бесплодие. Молекулярно-генетический анализ генетических факторов мужского бесплодия проводили методом полимеразно-цепной реакции в реальном времени. В работе с пациентами соблюдались этические принципы, предъявляемые Хельсинкской декларацией Всемирной медицинской ассоциации (World Medical Association Declaration of Helsinki, последний пересмотр — Форталеза, Бразилия, 2013 год). Подписание информированного согласия являлось обязательной процедурой для включения мужчин в исследование.

Методы исследования эякулята. Основополагающим звеном в диагностике мужского бесплодия явилось исследование эякулята, которое проводили согласно документу «Руководство ВОЗ по лабораторному исследованию эякулята человека и взаимодействия сперматозоидов с цервикальной слизью. 4-е изд., 2001» двукратно с минимальным интервалом 2 нед. Образец спермы, оставшейся после анализа спермограммы, центрифугировали в течение 10 мин при 1000 g. Отделяли осадок и хранили семенную плазму (без сперматозоидов) при температуре –40 °С до проведения анализа. Замораживание проводили однократно. Размораживали семенную плазму в течение 1 ч при температуре 22–25°С непосредственно перед анализом.

Методы исследования компонентов антиоксидантной активности. На базе Научного центра проблем здоровья семьи и репродукции человека общепринятыми методами определяли концентрацию ретинола, α-токоферола, общую антиокислительную активность (АОА) и активность СОД. Измерения проводили на спектрофотометре СФ-2000 («ОКБ Спектр», Россия), биохимическом анализаторе ВТS-350 (BioSystems S.A., Испания) и флюорате 02 АБФФ-Т («Люмэкс», Россия). Все реагенты и химические вещества, используемые для биохимического анализа, были высокой аналитической чистоты и получены от стандартных коммерческих поставщиков.

Статистический анализ. При анализе межгрупповых различий для независимых выборок использовали методы математической статистики, реализованные в лицензионном интегрированном статистическом пакете комплексной обработки данных Statistica 6.10 (Stat Soft Inc., США). Данные представлены в виде средней (М), дисперсии (σ), медианы (Ме), L–H, где L — 25-й (нижний) квартиль, Н — 75-й (верхний) квартиль. Статистически значимыми считали результаты при уровне р ≤0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ

В крови у инфертильных мужчин-европеоидов по сравнению с фертильными донорами выявлено снижение концентрации ретинола на 27% (р=0,0001), α-токоферола — на 25% (р <0,0001), активности СОД — на 5% (р=0,0001) (рис. 1).

 

Рис. 1. Параметры антиоксидантной защиты в крови мужчин-европеоидов с бесплодием.

Здесь и на рис. 2–4: АОА — антиокислительная активность; СОД — супероксиддисмутаза; * p <0,05.

Fig. 1. Parameters of antioxidant protection in the blood of Caucasian men with infertility.

Here and on Figs. 2–4: TAA — total antioxidant activity; SD — superoxide dismutase; * p <0,05.

 

Антиоксидантная система защиты эякулята у мужчин-европеоидов с бесплодием характеризуется повышением общей АОА на 21% (р=0,0004) и снижением концентрации α-токоферола на 17% (р=0,0011) (рис. 2).

 

Рис. 2. Параметры антиоксидантной защиты в эякуляте мужчин-европеоидов с бесплодием.* p <0,05.

Fig. 2. Parameters of antioxidant protection in the ejaculate of Caucasian men with infertility.* p <0,05.

 

В системе антиоксидантной защиты крови у мужчин-монголоидов с бесплодием установлено повышение концентрации ретинола на 24% (р=0,0002) и общей АОА — на 13% (р=0,0261), а также снижение активности СОД на 8% (р=0,0001) (рис. 3).

 

Рис. 3. Параметры антиоксидантной защиты в крови мужчин-монголоидов с бесплодием. * p <0,05.

Fig. 3. Parameters of antioxidant protection in the blood of Mongoloid men with infertility. * p <0.05.

 

Результаты исследования антиоксидантной системы защиты в эякуляте у монголоидов с бесплодием показали снижение концентрации α-токоферола на 15% (р=0,0322) и повышение общей АОА на 17% (р=0,0432) (рис. 4).

 

Рис. 4. Параметры антиоксидантной защиты в эякуляте мужчин-монголоидов с бесплодием. * p <0,05.

Fig. 4. Parameters of antioxidant protection in the ejaculate of Mongoloid men with infertility. * p <0.05.

 

ОБСУЖДЕНИЕ

Влияние этнического фактора на здоровье человека в настоящее время изучают многие исследователи [19–22]. Установлены адаптивные и дизадаптивные механизмы свободнорадикальных реакций в различных популяциях, возрастных и гендерных группах [14, 16, 18, 19], показано развитие окислительного стресса у мужчин разных этнических групп в крови и эякуляте [2, 10, 14].

Водо- и жирорастворимые низкомолекулярные антиоксиданты, содержащиеся в семенной плазме, вносят значительный вклад в борьбу с окислительным стрессом [13]. Уровни большинства соединений в эякуляте строго зависят от их относительных концентраций в кровотоке, при этом они диктуются режимом питания, которого придерживаются индивидуумы. α-токоферол накапливается в основном в клеточных мембранах, нейтрализует свободные радикалы и супероксидные анионы, уменьшая интенсивность перекисного окисления липидов и белков [23]. Между уровнем α-токоферола в семенной плазме и количеством подвижных сперматозоидов обнаружена прямая связь [24, 25]. Результаты нашего исследования демонстрируют снижение концентрации α-токоферола в эякуляте как у европеоидов, так и у монголоидов с бесплодием, что подтверждает роль витамина в репродуктивной функции мужчин. Снижение концентрации α-токоферола у европеоидов с бесплодием установлено также и в плазме крови, в то время как у инфертильных монголоидов концентрация данного антиоксиданта не отличается от уровня контрольной группы. Кроме вышеуказанного, α-токоферол участвует в превращении β-каротина в ретинол, который в свою очередь влияет на пролиферацию и дифференцировку клеток. Ретинол принимает участие в синтезе кортикостероидных и половых гормонов [22]. Снижение концентрации ретинола объясняется не только более низким антиоксидантным статусом плазмы крови мужчин с бесплодием, но и тем, что ретинол при своем окислении превращается в ретиноевую кислоту, которая рассматривается как липофильный гормон и взаимодействует в ядре клеток-мишеней подобно стероидным гормонам [23, 26]. Наличие в молекуле ретинола сопряжённых двойных связей, обеспечивающих сохранение функциональной стабильности клеточных мембран и блокаду процессов перекисного окисления липидов, позволяет ему проявлять антиоксидантные свойства. Ретинол участвует в механизме сигнализации инициирования мейоза в мужских половых железах постнатально, в первом раунде сперматогенеза [11, 12]. При недостаточности ретинола эпителий придатка, простаты и семенных пузырьков заменяется многослойным плоским ороговевающим эпителием, что блокирует сперматогенез [12]. Исследования свидетельствуют, что одним из ранних проявлений дефицита ретинола может быть задержка сперматогенеза, которая проявляется после 50-дневной диеты с ограничением поступления в организм жирорастворимого витамина [22]. В нашем исследовании у европеоидов с бесплодием в крови отмечается более низкий уровень ретинола, в то время как у инфертильных монголоидов концентрация ретинола значительно выше, чем в контрольной группе, что может быть связано как с национальной спецификой пищевого поведения, так и с генетическими особенностями, детерминирующими адаптивные возможности организма.

Супероксиддисмутаза — важнейший элемент антиоксидантной защиты организма. Она играет ключевую роль, обеспечивая первичное антиокислительное звено благодаря способности регулировать уровень супероксида, который является основным прооксидантом клетки. Фермент обладает совершенно феноменальной активностью: одна молекула СОД за одну секунду способна разложить около миллиона молекул пероксида водорода. Активности СОД обычно достаточно для того, чтобы инактивировать АФК в месте их образования, не допуская диффузии в среде макромолекул ткани [27, 28]. D.K. Sahoo и соавт. [29] показали, что активация перекисного окисления липидов и снижение активности СОД оказывают влияние на такие физиологические функции, как стероидогенез и сперматогенез. В результате нашего исследования у европеоидов и монголоидов с бесплодием в крови установлено снижение активности СОД, что свидетельствует о расходовании фермента на обезвреживание АФК.

В эякуляте инфертильных мужчин исследуемых этнических групп не установлено статистически значимых отличий активности СОД от значений в контрольных группах, что можно объяснить компенсаторным участием фермента в восстановительных реакциях. Однако уровня эндогенного фермента может быть недостаточно, учитывая, что СОД способна инактивироваться образующимся при окислительном стрессе пероксинитритом. Можно также предположить, что стабильный уровень реакции дисмутации супероксида обеспечивают неповреждённые молекулы фермента за счёт повышения своей функциональной активности. Полученные данные согласуются с проведёнными ранее исследованиями Л.В. Беленькой и соавт. [30].

Общая АОА зависит как от относительного количества ферментативных и неферментативных биоантиоксидантов и их взаимовлияния, так и от присутствия веществ, которые сами не оказывают антиоксидантного или прооксидантного действия, но способны усиливать или ослаблять действие биоантиоксидантов, а также от присутствия компонентов, способных ускорять окислительные реакции. Установленное повышение общей АОА в крови и эякуляте инфертильных монголоидов можно рассматривать в качестве фактора развития адаптивных реакций. Для представителей коренных народностей характерна более высокая АОА крови, что свидетельствует о широких резервных возможностях, вероятно выработанных в процессе эволюции [14]. Повышение общей АОА в эякуляте, установленное у мужчин обеих этнических групп, может свидетельствовать об активации показателей ферментативного звена антиоксидантной защиты, в частности ферментов системы глутатиона [2, 10, 28].

Таким образом, анализируя изменение концентрации того или иного антиоксиданта, необходимо иметь в виду, что значительное количество метаболитов являются полифункциональными, что позволяет более гибко регулировать и интегрировать различные пути метаболизма в зависимости от возникающих потребностей. Выявленные особенности позволят дать теоретическое обоснование для разработки дифференцированных алгоритмов обследования мужчин различных этнических групп с бесплодием для проведения персонализированной коррекции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Любой патологический процесс — это целый комплекс развивающихся в организме последовательных реакций в ответ на действие факторов различной природы, и роль свободных радикалов в нём не всегда чётко обозначена. При этом вклад различных звеньев свободнорадикального окисления в развитие определённых патологий может отличаться. Для одних характерны реакции перекисного окисления липидов, для других — окислительное повреждение белков, а фактором их активации может служить недостаточность в организме ферментов антиоксидантной защиты. Полученные данные позволили оценить особенности и вклад антиоксидантного статуса в обеспечение общего гомеостаза организма мужчин репродуктивного возраста различной этнической принадлежности с бесплодием. Общим механизмом при нарушении репродуктивной функции для двух этнических групп является недостаточность концентрации α-токоферола и компенсаторное повышение общей антиокислительной активности в эякуляте, а также снижение активности супероксиддисмутазы в крови обследованных мужчин. В крови монголоидов установлено компенсаторно-приспособительное повышение общей антиокислительной активности и концентрации ретинола, в отличие от европеоидов, антиоксидантный статус крови которых характеризуется угнетением неферментативного звена антиоксидантной защиты. Разработка комплекса мероприятий, основанных на результатах исследования, может способствовать персонализированной диагностике, профилактике репродуктивных нарушений у мужского населения различных этносов.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ / ADDITIONAL INFORMATION

Вклад авторов: Н.А. Курашова — разработка концепции и дизайна исследования; получение, анализ, интерпретация данных; подготовка рукописи; Б.Г. Дашиев — обследование, анкетирование пациентов; формирование групп для исследования; Л.И. Колесникова — существенный вклад в концепцию и дизайн исследования, окончательное утверждение присланной в редакцию рукописи. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией).

Authors’ contribution: N.A. Kurashova — development of the concept and design of the study; acquisition, analysis, interpretation of data; preparation of the manuscript; B.G. Dashiev — examination, questioning of patients; formation of groups for research; L.I. Kolesnikova — a significant contribution to the concept and design of the study, the final approval of the manuscript sent to the editors. All authors confirm that their authorship complies with the international icmje criteria (all authors have made a significant contribution to the development of the concept, research and preparation of the article, read and approved the final version before publication).

Финансирование исследования. Публикация осуществлена при поддержке гранта, полученного Научно-исследовательским центром адаптации человека в Арктике, филиалом Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр Российской академии наук» (НИЦ МБП медико-биологических проблем КНЦ РАН) на тему «The contribution of reproductive health and the quality of the Arcticen vironment to the Wellbeing of the Kola Sami», софинансируемого через сквозные фонды Международного арктического научного комитета (IASC) при участии Рабочих групп IASC: по социальным и гуманитарным вопросам (SHWG) и Международной научной инициативы в Российской Арктике (ISIRA).

Funding sources. The publication was supported by a grant received by the research center for human adaptation in the arctic, a branch of the federal research center "Kola scientific center of the russian academy of sciences" (research center for biomedical problems of the KSC RAS) on the topic "The contribution of reproductive health and the quality of the arcticen vironment to the wellbeing of the kola sami”, co-financed through the through funds of the international arctic science committee (IASC) with the participation of the IASC social and humanitarian working groups (SHWG) and the international science initiative in the Russian Arctic (ISIRA).

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Competing interests. The authors declare no conflict of interest

About the authors

Nadezhda A. Kurashova

Scientific Centre for Family Health and Human Reproduction Problems

Author for correspondence.
Email: nakurashova@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8591-8619
SPIN-code: 9160-2008

Dr. Sci. (Biol.)

Russian Federation, Irkutsk

Bair G. Dashiev

Scientific Centre for Family Health and Human Reproduction Problems

Email: bairdashiev@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2698-0687
SPIN-code: 4121-8351

MD, Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, Irkutsk

Lyubov I. Kolesnikova

Scientific Centre for Family Health and Human Reproduction Problems

Email: iphr@sbamsr.irk.ru
ORCID iD: 0000-0003-3354-2992
SPIN-code: 1584-0281

Academician of the Russian Academy of Sciences, MD, Dr. Sci. (Med.), Professor

Russian Federation, Irkutsk

References

Supplementary files