Афк спермограммы. Роль оксидативного стресса в патогенезе различных форм мужского бесплодия

-- [ Страница 2 ] --

Рис.1. Наиболее частые патологические состояния у мужчин из бесплодных пар с гиперпродукцией АФК.

В целом, гиперпродукция АФК, по нашим данным, имеется у 38,2% пациентов с различными нарушениями качества спермы. Среди мужчин с гиперпродукцией АФК мы чаще всего выявляли варикоцеле (38,9% случаев) и хронический бактериальный простатит в фазе активного воспаления (25,1% случаев); у 8,9% мужчин – кисты в придатках, у 1,2% - отсутствие одного или обоих семявыносящих протоков.

В 52,2% случаев на фоне гиперпродукции АФК мы обнаруживали аутоиммунные реакции против сперматозоидов, сопровождающиеся выработкой АСАТ (рис.1).

На фоне гиперпродукции АФК нормоспермия выявлена в 19,3% случаев. Таким образом, нами установлено, что оксидативный стресс в 80,7% случаях сопровождался ухудшением качества спермы. Причем чаще всего наблюдалась астенозооспермия – 71,4% случаев, затем тератозооспермия – 36,3%, олигозооспермия - 28,3%, пиоспермия – 21,3%, иммунное бесплодие, когда антителами покрыты более половины подвижных сперматозоидов, – 10,6%; в 5% случаев – азооспермия. Следует отметить, что обычно имело место сочетание нескольких диагнозов. Нарушение акросомальной реакции на фоне оксидативного стресса отмечено более чем в половине всех случаев. Учитывая высокую частоту встречаемости отдельных патологических состояний у мужчин из бесплодных пар, актуальной задачей явилась необходимость выяснить степень риска развития оксидативного стресса на фоне различных этиопатогенетических факторов (рис.2).

Нами установлено, что инфекционно-воспалительные заболевания мужских репродуктивных органов, в частности, хронический бактериальный простатит, приводят к оксидативному стрессу сперматозоидов в 64,1% случаев, относительный риск - 2,9. На фоне иммунного бесплодия абсолютный риск оксидативного стресса составляет 40,2-71,0%, относительный - 1,5-2,9 (в зависимости от количества АСАТ). При варикоцеле абсолютный риск оксидативного стресса сперматозоидов составил 29,3-68,1%, относительный – 1,6-2,6 соответственно.

Таким образом, наиболее значимыми причинами развития оксидативного стресса явились хронический бактериальный простатит в фазе активного воспаления, аутоиммунные реакции против сперматозоидов и варикоцеле. Эти патологические состояния наиболее часто диагностировались при мужском бесплодии, и на их фоне отмечался высокий риск развития оксидативного стресса.

Мы изучили особенности оксидативного стресса в группах с различными причинами снижения фертильности. Нами установлено, что при варикоцеле (n=294) продукция АФК составила 0,48+0,40 мВ/с при индивидуальном разбросе значений от 0,01 до 66,15 мВ/с, что в 1,9 раза выше, чем у фертильных пациентов при отсутствии АСАТ и в 8 раз - при наличии аутоиммунных реакций.

Рис.2. Абсолютный риск оксидативного стресса сперматозоидов при различных этиопатогенетических факторах мужского бесплодия . Примечание: *** - различия по сравнению с группой фертильных мужчин достоверны по критерию ХИ-квадрат с p<0,001

В то же время корреляционный анализ не обнаружил взаимосвязи между выраженностью варикоцеле, с одной стороны, и уровнем АФК, в сперме - с другой (R=-0,004; gamma=-0,004; t=-0,003; р>0,05).

Нами проведен анализ особенности продукции АФК в эякуляте мужчин при различных формах варикоцеле. Получили, что гиперпродукция активных радикалов при субклинической форме расширения вен семенного канатика отмечалась в 31,2% случаях, при первой – 33,9%, при второй – 25,5%, 42,9% - при третьей. Таким образом, статистически значимых различий в частоте случаев гиперпродукции активных форм кислорода не выявлено (p>0,05).

Исходя из полученных нами данных, проведение УЗИ органов мошонки является обязательным при обследовании мужчин из бесплодных пар с целью вывления субклинических форм варикоцеле. Установленный диагноз варикоцеле является абсолютным показанием для определения уровня АФК.

На фоне гиперпродукции АФК при варикоцеле показано, по нашему мнению, оперативное лечение вне зависимости от степени варикоцеле.

При одинаковой степени расширения вен семенного канатика продукция АФК возрастала с увеличением продолжительности бесплодия (p<0,04-0,01); в среднем по группам у пациентов с варикоцеле степенью +1 при продолжительности бесплодия от 12 до 36 мес. она составляла 0,39+0,23 мВ/с, при бесплодии больше 36 мес – 0,64+0,45 мВ/с (p<0,05). Исходя из этого, прогноз оперативного лечения в раннем возрасте в плане восстановления фертильности более благоприятный, а выжидательная тактика ведения пациентов с варикоцеле не является обоснованной, учитывая высокий риск оксидативного стресса.

На фоне хронического простатита (n=130) нами установлена прямая зависимость продукции активных радикалов кислорода от количества лейкоцитов в секрете простаты (R=0,24; р=0,04). При повышении числа лейкоцитов в секрете простаты пиоспермия наблюдалась в 36,1% случаев. Зависимость продукции АФК от концентрации в сперме лейкоцитов (R=0,29; p<0,00001) сильнее, чем от содержания лейкоцитов в секрете простаты.

Пациенты с диагнозом «пиоспермия» отличались высоким содержанием АФК в сперме: в среднем по группе продукция составляла 9,81+/-25,56 мВ/с (при выбраковке значений +3S - 1,15+1,34 мВ/с) с индивидуальным разбросом от 0,07 до 153,50 мВ/с; медиана – 0,925 мВ/с, диапазон невыпадающих значений – от 0,07 до 9,52 мВ/с, что существенно больше (3,9 раз), чем у фертильных мужчин (p<0,001).

Значимая корреляция имеется между концентрацией в сперме лейкоцитов и выраженностью бактериоспермии (R=0,23; p=0,033), выраженностью бактериоспермии и продукцией АФК (r=0,35; p<0,01).

На основании полученных данных нами установлена положительная взаимосвязь между продукцией АФК и агглютинацией сперматозоидов у мужчин из бесплодных пар с патозооспермией. Причем при исключении образцов с пиоспермией коэффициент корреляции заметно снижался: R=0,13 (p>0,05), Gamma=0,30 (p=0,05).

Исключение из анализа образцов с концентрацией сперматозоидов менее 10 млн/мл и выпадающих значений (+2S) позволило более точно определять продукцию АФК и активность аутоиммунных реакций. При этих условиях у мужчин с хроническим простатитом, сопровождающимся пиоспермией, продукция АФК в 8,8 раз больше, чем у фертильных, и наблюдается более выраженная (R=0,44), чем для всей выборки, взаимосвязь между содержанием в сперме АФК и лейкоцитов.

Роль воспалительного процесса в повышении продукции АФК в сперме подтверждают результаты антибиотикотерапии хронического простатита (табл. 1). Показано, что уже через 2 недели лечения на фоне снижения количества лейкоцитов в секрете простаты на 39,1% (p<0,01) и на 35,2% в сперме (p>0,05) происходит более чем двукратное снижение продукции АФК (-58,1%; p<0,05). Одновременно происходит улучшение жизнеспособности (p<0,05) и подвижности (p<0,05), нормализация акросомальной реакции сперматозоидов в виде уменьшения доли гамет, преждевременно утративших целостность акросомальной мембраны (p<0,05), а у пациентов с АСАТ – снижение процента MAR-позитивных сперматозоидов (p<0,01).

Таким образом, анализ данных обследования мужчин из бесплодных пар с простатитом показал, что повышенное количество лейкоцитов в сперме на фоне простатита служит основным источником гиперпродукции активных форм кислорода, приводит к оксидативному стрессу и изменению функциональных свойств сперматозоидов.

У половины (51,5%) пациентов из бесплодных пар с пиоспермией обнаружены АСАТ, но только у 9,2% они покрывали более 50% подвижных сперматозоидов.

Корреляция между концентрацией лейкоцитов в сперме и процентом АСАТ-позитивных подвижных сперматозоидов отсутствует (R=0,0; p>0,05).

Нами установлено, что продукция свободных радикалов больше зависит от количества антител на сперматозоидах (R=0,81), чем от процента подвижных МАР-позитивных гамет (R=0,44), определяемого с помощью метода ПЦМ, который мы рекомендуем как более точно характеризующий активность аутоиммунных процессов в эякуляте.

Мы проанализировали особенности продукции АФК при различных формах патоспермии. Корреляционный анализ показателей спермограммы пациентов с тератозооспермией не обнаружил зависимости между процентом патологических форм и продукцией АФК. Однако имеется взаимосвязь между процентом сперматозоидов с измененной шейкой и продукцией АФК и отсутствием АСАТ: r=0,2; p<0,01. Также в этой выборке обнаружена положительная корреляция между продукцией АФК и процентом сперматозоидов, спонтанно претерпевших акросомальную реакцию: r=0,24; p<0,05 для группы пациентов с нормальной концентрацией сперматозоидов и лейкоцитов.

Повышение уровня АФК при тератозооспермии может объясняться выбросом активных радикалов с повреждением мембран сперматозоидов, задержке цитоплазмы, и, наоборот, что вероятней всего, является следствием продукции морфологически дефектными гаметами. При этом нарушается нормальное течение акросомальной реакции и происходит апоптоз гамет с повреждениями целостности их ДНК (Aitken et al., 1989; Saleh et al., 2003; Jedrzejczak et al., 2005; Deepinder F., 2008).

Морфологически измененные сперматозоиды с дефектным ДНК обладают низкой способностью оплодотворять яйцеклетку, а в случае наступления беременности высок риск генетических патологий плода.

Таблица 1

Изменения продукции активных факторов кислорода, показателей спермограммы, акросомальной реакции, процента АСАТ-позитивных сперматозоидов и секрета простаты при антибиотикотерапии хронического простатита у мужчин из бесплодных пар (М + SE)

Показатели	Мужчины с простатитом (n=48)
Показатели	До лечения	После 2 нед леч е ния
Активные формы кислорода, мВ/с	22,1+6,91	9,28+4,63**
Лейкоциты спермы, х106/мл	2,07+0,52	1,34+0,58
Подвижные сперматозоиды категории А, %	14,1+1,53	18,3+1,7*
Живые сперматозоиды, %	73,0+2,7	77,6+2,7*
Лейкоциты секрета простаты, единиц в поле зрения	27,6+4,6	16,8+3,8**
MAR IgG-позитивные сперматозоиды, %	31,8+6,93	26,1+6,51**
Акросомальная реакция преждевременная, %	23,3+2,57	18,1+2,21*
Акросомальная реакция индуцированная, %	32,9+3,14	31,7+2,83
Индуцируемость акросомальной реакции, %	8,8+2,6	13,6+2,3

2
1 ФГБУ «Поликлиника No 1» УДП РФ, Москва; НУЗ «Дорожная клиническая больница им Н.А. Семашко», Москва; ГБОУ ВО «Первый МГМУ им. И.М. Сеченова» МЗ РФ; ФГАОУ ВО «РУДН», Москва
2 НУЗ «Дорожная клиническая больница им Н.А. Семашко», Москва
3 НУЗ «Дорожная клиническая больница им Н.А. Семашко», Москва; ГБОУ ВО «Первый МГМУ им. И.М. Сеченова» МЗ РФ

Мужской фактор имеет место в половине случаев бесплодного брака. В настоящее время принято считать, что наиболее частой причиной мужского бесплодия − 35−40% случаев − являются идиопатическая олиго-, астено- или тератозооспермия, когда нарушения в количественных и качественных показателях спермы наблюдаются при отсутствии анамнестических факторов риска, отсутствии нарушений в результатах медицинского осмотра и гормональных исследований. Антиоксиданты – популярные препараты для лечения мужского бесплодия. Однако данные об их эффективности противоречивы.
Цель исследования: показать возможности отечественного биологически активного комплекса АндроДоз® для лечения идиопатического мужского бесплодия.
Материал и методы: в исследовании участвовали 30 мужчин из бесплодных пар в возрасте 25−45 лет. Исследование эякулята проводили в соответствии с рекомендациями ВОЗ. Определяли содержание активных форм кислорода в нативном эякуляте и отмытых сперматозоидах. Повреждение хромосом сперматозоидов характеризовали по фрагментации ДНК, оцениваемой методом дисперсии хроматина в агарозном геле. Анализ эякулята проводили до и во время лечения препаратом АндроДоз® перорально по 4 капсулы в сутки (по 2 утром и вечером).
Результаты: через 1,5 мес. лечения у 2/3 пациентов наблюдалось уменьшение процента и степени фрагментации ДНК в среднем на 5 и 10% соответственно (р<0,01); уменьшилась выраженность оксидативного стресса в 70% случаев в среднем по группе более чем в 2 раза (p<0,05). Показатели стандартной спермограммы при этом не менялись.
Выводы: препарат АндроДоз® может применяться при лечении идиопатического мужского бесплодия с признаками оксидативного стресса и нарушениями целостности ДНК сперматозоидов; на данную терапию позитивными изменениями качества спермы реагируют около 2/3 пациентов.

Ключевые слова: мужское бесплодие, оксидативный стресс, фрагментация ДНК, антиоксиданты.

Для цитирования: Божедомов В.А., Липатова Н.А., Божедомова Г.Е., Щербакова Е.В., Комарина Р.А. Применение комплекса нутриентов для лечения мужского бесплодия // РМЖ. 2016. №23. С. 1546-1552

Food additive for male infertility
Bozhedomov V.A. 1−4 , Lipatova N.A. 2 , Bozhedomova G.E. 2,3, Shcherbakova E.V. 2 , Komarina R.A. 2

1 Outpatient Department No. 1 of the Department for Presidential Affairs, Moscow
2 N.A. Semashko Road Clinical Hospital, Moscow
3 .M. Sechenov First Moscow State Medical University
4 Peoples" Friendship University of Russia, Moscow

Half of the barren marriage cases accounts for male infertility. The most common causes (35−40%) of male infertility are idiopathic oligospermia, asthenospermia, and/or teratospermia. In these cases, abnormal sperm quantity and quality are not associated with anamnestic risk factors, abnormal medical examinations or hormonal imbalances. Antioxidants are popular agents for male infertility, however, their efficacy is controversial.
Aim. To analyze the efficacy of domestic bioactive additive AndroDoz® for idiopathic male infertility.
Patients and methods. 30 men from infertile couples aged 25−45 were enrolled. Ejaculate was examined according to WHO recommendations (including ROS measurement in native ejaculate and washed spermatozoa). Chromosomal aberrations in spermatozoa were assessed by DNA fragmentation evaluated with sperm chromatin dispersion test. Ejaculate was tested before and in the course of the treatment (oral AndroDoz® 2 capsules twice a day).
Results. After 1.5 months, the percentage and the degree of DNA fragmentation reduced by 5% and 10%, respectively, in two-third of the patients (p<0.01). The severity of oxidative stress decreased more than twice in 70% of the patients (p<0.05). Standard spermogram parameters remained unchanged.
Conclusions. AndroDoz® can be recommended for idiopathic male infertility with oxidative stress and altered DNA integrity of spermatozoa. Two-third of the patients respond to this treatment demonstrating sperm quality improvement.

Key words: male infertility, oxidative stress, DNA fragmentation, antioxidants.

For citation: Bozhedomov V.A., Lipatova N.A., Bozhedomova G.E. et al. Food additive for male infertility // RMJ. 2016. № 23. P.1546 –1552.

В статье рассматривается применение комплекса нутриентов для лечения мужского бесплодия

Введение

Мужской фактор имеет место в половине случаев бесплодного брака . В настоящее время принято считать, что наиболее частой причиной мужского бесплодия − 35−40% случаев − являются идиопатическая олиго-, астено- или тератозооспермия, когда нарушения в количественных и качественных показателях спермы наблюдаются при отсутствии анамнестических факторов риска, отсутствии нарушений в результатах медицинского осмотра и гормональных исследований .
Большое количество различных лекарственных препаратов испытывали в таких случаях в целях улучшения качества спермы . В последние годы активно используют антиоксиданты, которые представляют собой природные или синтетические биомолекулы, препятствующие повреждению клеток вследствие оксидативного стресса (ОС), вызванного действием избыточного количества активных форм кислорода (АФК) . К антиоксидантам относят витамины Е, С, А, карнитины, цинк, селен, растительные экстракты и некоторые другие препараты и вещества. Несколько рандомизированных клинических испытаний показали возможность применения антиоксидантных добавок для лечения мужской субфертильности . По результатам метаанализов M.G. Showell et al. антиоксиданты улучшают жизнеспособность, концентрацию и прогрессивную подвижность, связывание с яйцеклеткой, снижают фрагментацию ДНК сперматозоидов, повышают процент беременностей при естественном зачатии и программах вспомогательных репродуктивных технологий. Но характеризуя качество включенных в анализ исследований, авторы обзора отмечают, что уровень доказательности при этом «низкий» и «очень низкий». Авторы заключают: «Антиоксиданты, возможно, могли быть эффективны в лечении субфертильных мужчин, но представление результатов исследований было слишком непоследовательным, чтобы быть уверенными в этих результатах» . По мнению E.G. Hughes et al. , комбинация антиоксидантов более эффективна: вероятность спонтанной беременности повышается в 4,2 раза (95% ДИ 2,7−6,6), рождения детей – в 4,9 раза (95% ДИ 1,9−12,2). Невысокая стоимость и относительно низкий риск токсичности антиоксидантов являются привлекательными для пациентов и врачей, поэтому они рекомендованы Европейской ассоциацией урологов (EAU) для лечения мужского бесплодия, однако, как подчеркивается в последнем Руководстве EAU, не для идиопатических форм .
Цель настоящего исследования: показать возможности отечественного биологически активного комплекса АндроДоз® для лечения идиопатического мужского бесплодия. АндроДоз® является дополнительным источником L-карнозина, карнитина, коэнзима Q10, глицирризиновой кислоты, селена, цинка, витаминов Е и А.

Материал и методы

Исследование проходило в период с февраля по июль 2016 г. В нем участвовали 30 мужчин из бесплодных пар в возрасте 25−45 лет. Критериями включения в исследование являлись:
отсутствие беременности в браке более 12 мес. половой жизни без контрацепции;
наличие сперматозоидов в эякуляте;
идиопатическая олиго-, астено- или тератозооспермия;
отсутствие инфекций репродуктивного тракта (Chlamydia trachomatis, Ureaplasma urealyticum, Mycoplasma hominis, Trichomonas vaginalis), диагностированных методом полимеразной цепной реакции;
отсутствие клинических и лабораторных признаков воспалительного процесса дополнительных половых желез;
отсутствие выраженных аутоиммунных реакций против сперматозоидов, когда антиспермальные антитела (АСАТ) покрывают не более десятой части подвижных гамет (MAR IgG<10%);
отсутствие пальпируемого варикоцеле;
отсутствие выраженной соматической патологии;
отсутствие психосексуальной и эякуляторной дисфункций.
Критериями исключения являлись:
установленные генетические причины бесплодия (синдром Клайнфельтера, микроделеции AZF, CFTR);
азооспермия;
пиоспермия;
гиперпродукция фолликулостимулирующего гормона;
пальпируемое варикоцеле, подтвержденное результатами УЗИ;
наличие иммунного фактора бесплодия (MAR IgG>10%);
выраженная соматическая патология;
психосексуальная и эякуляторная дисфункции.
Исследование эякулята проводили в соответствии с требованиями ВОЗ : определяли концентрацию, подвижность и долю нормальных форм, вычисляли количество прогрессивно подвижных сперматозоидов в эякуляте и интегральный индекс качества спермы (объем эякулята × концентрация сперматозоидов × доля прогрессивно подвижных форм × доля нормальных форм). Методом смешанной реакции агглютинации определяли процент подвижных сперматозоидов, покрытых АСАТ (SpermMar Kit, FertiPro, Belgium). Оценку ОС осуществляли путем определения интенсивности свободнорадикальных процессов методом люминолзависимой хемилюминесценции с использованием люминометра «LKB-Wallac 1256» (Финляндия) и «Хемилюминометра-003» (Россия). Об интенсивности хемилюминесценции судили по светосумме и максимальной амплитуде свечения, которые соответствовали скорости образования АФК. Определяли АФК в нативном эякуляте и отмытых сперматозоидах в соответствии с протоколом, описанным в Руководстве ВОЗ . Повреждение хромосом сперматозоидов характеризовали по фрагментации ДНК, оцениваемой методом дисперсии хроматина (Halosperm®; Halotech DNA, Spain) в геле инертной агарозы с визуальной оценкой под микроскопом образования ореола после кислотной денатурации ДНК и лизирования протеинов ядра . В соответствии с рекомендациями производителя тест-системы оценивали процент сперматозоидов с признаками апоптоза и степень нарушения образования ореола по 5-балльной шкале.
Анализ эякулята проводили до и во время лечения препаратом АндроДоз® перорально по 4 капсулы в сутки (по 2 утром и вечером). В нескольких отечественных публикациях уже были описаны эффекты применения данного препарата у мужчин . Особенность нашего исследования заключалась в оценке не только показателей стандартной спермограммы, но и продукции АФК и состояния хроматина, который нередко нарушен при ОС .
Обработку эмпирических данных проводили с использованием программы «Statistica» (StatSoft, USA). Средние значения по группам представляли в виде M±SD, медианы, 25−75% процентилей, диапазона «невыпадающих значений». На графиках Box-and-whisker «выпадающими» являлись точки, находящиеся далеко от центра распределения и нехарактерные для него (возможно, это результаты ошибок наблюдения или выбросы). Значимость различий между группами проверяли с помощью критерия Стьюдента для попарно связанных вариант (t), знаков (Z), Вилкоксона (W); различия считали значимыми при p<0,05.
Мы представляем данные об эффектах, наблюдаемых в ранние сроки (1,5 мес.) лечения.

Результаты

Средний возраст пациентов, включенных в исследование, составлял 34,0+6,95 года. Первичное бесплодие было у 18 человек (59%), длительность бесплодия составляла в среднем по группе 28,9±15,9 мес.
Основные показатели спермограммы – объем эякулята, концентрация, процент прогрессивно подвижных и морфологически нормальных сперматозоидов через 1,5 мес. лечения существенных изменений не претерпели (табл. 1). Соответственно не изменились и интегральные расчетные величины: количество прогрессивно подвижных сперматозоидов в эякуляте и индекс качества спермы (см. табл. 1; p>0,05). В то же время отмечено статистически значимое уменьшение процента сперматозоидов со смешанной патологией: в абсолютных значениях − 8% для средней по группе и 11% для медианы (рис. 1; p<0,01); положительная динамика данного показателя имела место у 80% пациентов (p<0,01).

Через 1,5 мес. лечения наблюдалось значимое уменьшение повреждения ДНК сперматозоидов (табл. 2; рис. 2). Процент сперматозоидов с фрагментацией ДНК в абсолютных значениях снижался в среднем по группе на 4%, медиана – на 5% (относительно исходного уровня −23% для средней, p<0,01 и −28% для медианы, р=0,01); меньше стала степень выраженности таких нарушений, оцениваемых по степени дисперсии хроматина (−10% для средней, p<0,05 и −12% для медианы, p<0,01). Положительная динамика фрагментации ДНК на фоне лечения имела место у 67% мужчин (p>0,05).

На фоне лечения статистически значимо уменьшилась выраженность ОС, о чем свидетельствовало уменьшение продукции АФК отмытыми сперматозоидами в 70% случаев (табл. 3; p<0,05) в среднем по группе более чем в 2 раза; изменения медианы были еще более наглядны – −82% (рис. 3; p<0,05). При этом продукция АФК в нативном эякуляте изменялась статистически несущественно и даже имела тенденцию к повышению (см. табл. 3; p>0,05).

Обсуждение

Антиоксиданты – популярные препараты для лечения нарушений качества спермы, по данным разных публикаций . Различные фармкомпании предлагают готовые комплексы нутриентов, способных, по мнению производителей, улучшать мужскую фертильность. Наши данные подтвердили положительный эффект отечественного комплекса АндроДоз® при мужском бесплодии, связанном с ОС. Продукция АФК отмытыми сперматозоидами уменьшалась, по данным нашего исследования, в среднем в 2−5 раз по сравнению с исходным уровнем. Выраженность внутриклеточного ОС, оцениваемого по продукции АФК отмытыми сперматозоидами, имеет особое значение, поскольку непосредственная близость между сперматогенными свободными радикалами и ДНК сперматозоида обусловливает их наибольшую роль в нарушении фертильности.
Одновременно происходило уменьшение процента сперматозоидов с фрагментацией ДНК и выраженность таких нарушений хроматина. Снижение индекса фрагментации составило в среднем 4−5% в абсолютных значениях, или почти четверть от исходного уровня. Поскольку взаимосвязь между количеством АФК в сперме, выраженностью ОС сперматозоидов и фрагментацией их ДНК признается большинством специалистов , такие результаты нашего исследования представляются вполне логичными.
В то же время было установлено, что положительная динамика продукции АФК и фрагментации ДНК на фоне лечения имела место только в 2/3 случаев. При этом не всегда улучшение данных показателей наблюдалось при высоких уровнях ОС и фрагментации ДНК и наоборот. Нам остается непонятным, почему уменьшилась выраженность внутриклеточного ОС, оцениваемого по продукции АФК отмытыми сперматозоидами, но не изменилась продукция АФК в нативном эякуляте, ведь антиоксиданты должны были химически связать активные радикалы и в том и в другом случае. Поскольку в данное исследование были включены пациенты без признаков инфекционно-воспалительного процесса, эффект трудно объяснить влиянием спермальных лейкоцитов. Выяснение данных закономерностей должно стать предметом дальнейших исследований.
Одновременно полученные нами данные показали, что стандартные показатели спермограммы – объем, концентрация, подвижность и морфология сперматозоидов − менялись на фоне проведенного лечении несущественно, в то время как, по данным А.А. Камалова и соавт. , увеличение показателей спермограммы происходит в 87,6%, по данным М.К. Алчинбаева и соавт. − в 92% случаев. Е.С. Дендеберов и соавт. пишут о том, что применение АндроДоза через 3 мес. привело к увеличению объема эякулята на 45,7%, концентрации сперматозоидов на 18,5%, общей подвижности на 33,7%, активной подвижности на 38,4% и количества морфологически нормальных форм на 50%. Данные А.А. Проскурина и соавт. еще более оптимистичны: увеличение объема в 1,95 раза, подвижности в 7,43 раза, концентрации в 1,53 раза и процента нормальных форм в 6,75 раза от исходных значений. Однако такие данные вызывают сомнения: на сегодняшний день не существует способов лечения, способных увеличить долю нормальных форм на 50−675% .
Отсутствие значимого улучшения показателей стандартной спермограммы в нашем исследовании (за исключением уменьшения процента сперматозоидов со смешанной патологией, положительная динамика данного показателя имела место в 80% случаев), возможно, объясняется тем, что период наблюдения составил лишь 1,5 мес., в то время как продолжительность цикла сперматогенеза, включая период прохождения через придаток, составляет порядка 3-х месяцев . Возможно, улучшение других показателей стандартной спермограммы может произойти при более длительном применении препарата. Также очевидно, что имеют значение исходные показатели спермограммы: степень олиго-, астено- и тератозооспермии и их сочетания. Уточнение возможностей препарата при лечении различных форм патозооспермии станет предметом обсуждения в последующих публикациях.
Вывод о том, что применение коммерческих витаминных и антиоксидантных комплексов не всегда приводит к выраженному улучшению параметров стандартной спермограммы, согласуется с данными ряда зарубежных контролируемых исследований . Так, назначение комплекса антиоксидантов показало улучшение подвижности сперматозоидов только в 3 из 6 подобных исследований , концентрация увеличилась только в 1 из 6 .
Возможно, эффективность того или иного антиоксидантного препарата зависит от его качественного и количественного состава. Эффективные дозы монопрепаратов антиоксидантов, по данным ряда обзоров, составляют: витамин Е >300 мг/сут, витамин С >1000 мг/сут, карнитины (L- и acetyl-) >3000 мг/сут, селен – 100−225 мкг/сут, коэнзим Q10 – 60−200 мг/сут, цинк (ZnSO4) – 66−400 мг/сут, глутатион – 600 мг/сут , что значительно превышает установленные суточные верхние допустимые уровни потребления для этих веществ и делает небезопасным их длительное применение. Несбалансированные антиоксидантные комплексы могут вызвать чрезмерную элиминацию свободных радикалов кислорода, необходимых для нормального протекания акросомной реакции и капацитации сперматозоидов и индуцировать восстановительный стресс в качестве ребаунд-эффекта. Имеются данные, что при переизбытке антиоксидантов наблюдается увеличение деконденсации ядерного хроматина сперматозоидов более 20%, что, по мнению F. Absalan, Y. Menezo et al., приводит к привычному невынашиванию беременности . Изменение структуры хроматина может вызвать изменения в экспрессии генов и повлиять на процесс имплантации в результате асинхронной конденсации хромосом, а также наличия цитоплазматических фрагментов в эмбрионе. Установлено, что длительный прием такого известного антиоксиданта, как аскорбиновая кислота, или высокие ее дозировки имеют весьма неоднозначное значение для стимуляции сперматогенеза. Витамин С в гипердозах разрушает дисульфидные связи белков, способствуя их денатурации, что приводит к окислению мембран в фазе I и III сперматогенеза и неправильной упаковке ДНК .
Поэтому зачастую коммерчески выпускаемые препараты представляют собой компромисс, где низкие (безопасные для применения, на уровне физиологических) дозировки антиоксидантов компенсируются широким набором действующих веществ, в надежде на их синергизм.
Таким образом, несмотря на все преимущества антиоксидантной терапии, назначать препараты этой группы следует с определенной осторожностью, выбирая сбалансированные препараты с хорошей доказательной базой.
Кроме того, антиоксиданты могут быть эффективны только в случае избытка АФК и развития ОС. Поскольку ОС является причиной ухудшения качества спермы далеко не всегда − в 30−80% случаев, по данным M.G. Showell et al. , и около 40% по нашим данным , − назначение антиоксидантов для лечения мужского бесплодия кажется оправданным только для этих случаев.
Очевидно, поэтому Руководство EAU также не рекомендует назначать прием антиоксидантов всем мужчинам подряд с идиопатическим бесплодием. В настоящее время имеются убедительные данные об эффективности приема мужчинами оральных антиоксидантов лишь при подготовке пары к последующему экстракорпоральному оплодотворению, в то время как роль антиоксидантов в процессе естественного зачатия пока нуждается в дальнейшем изучении .
Исходя из последнего, посвященного настоящей теме Кохрановского обзора M.G. Showell et al. , включающего 48 исследований, в которых сравнивали монокомпонентные и комбинированные антиоксиданты с плацебо, отсутствием лечения или другим антиоксидантом в популяции из 4179 субфертильных мужчин, антиоксиданты, по всей вероятности, все же являются эффективными в качестве прегравидарной подготовки у субфертильных мужчин. Ожидаемая частота наступления клинической беременности для субфертильных мужчин, которые не принимали каких-либо антиоксидантов, составила 6 случаев из 100 по сравнению с 11−28 случаями из 100 мужчин, принимавших антиоксиданты. Также результаты обзора показали, что ожидаемый уровень живорождений для субфертильных мужчин в группе плацебо или без терапии составляет 5 из 100 по сравнению с мужчинами, принимавшими антиоксиданты, – от 10 до 31 из 100.
Таким образом, нами показано, что применение отечественного комплекса АндроДоз® в дозе 4 капсулы в сутки уже через 1,5 мес. лечения приводит к улучшению качества сперматозоидов − значимому уменьшению процента сперматозоидов со смешанной патологией и/или фрагментацией ДНК на фоне уменьшения продукции АФК отмытыми сперматозоидами, что связано с уменьшением выраженности ОС мужских гамет.
Целостность мужской ДНК имеет жизненно важное значение для взаимодействия сперматозоида и яйцеклетки, оплодотворения и раннего эмбрионального развития, в связи с чем полученные результаты представляют несомненный практический интерес.

Выводы

1. Препарат АндроДоз® может применяться при лечении идиопатического мужского бесплодия с признаками ОС и нарушениями целостности ДНК сперматозоидов; на данную терапию позитивными изменениями качества спермы реагируют около 2/3 пациентов.
2. На фоне данного лечения статистически значимо уменьшается продукция АФК отмытыми сперматозоидами, что свидетельствует об уменьшении выраженности ОС мужских гамет.
3. На фоне данного лечения происходит значимое улучшение структуры ДНК сперматозоидов у 67% мужчин.
4. Отмечено статистически значимое уменьшение процента сперматозоидов со смешанной патологией в спермограмме в 80% случаев.
5. За 1,5 мес. лечения препаратом АндроДоз® значимого улучшения остальных показателей спермограммы (объем, концентрация, доля прогрессивно подвижных и морфологически нормальных форм) не наблюдалось, изменения этих показателей имели разнонаправленный характер.
6. Существенно ограничивали исследование отсутствие контрольной группы, непродолжительность наблюдения и отсутствие учета наступивших беременностей. Соответственно требуются дополнительные исследования.

Литература

1. WHO Manual for the Standardized Investigation, Diagnosis and Management of the Infertile Male. Cambridge: Cambridge University Press, 2000; 91.
2. Andrology: Male Reproductive Health and Disfunction. 3rd. E.Nieschlag., H.M. Behre, S. Nieschlag (Ed.), 2010; 629.
3. Male infertility / S.J. Parekattil, A. Agarwal (Ed.), 2012, Springer; 518.
4. Jungwirth A. (Ed.), Diemer T., Dohle G.R. et al. Guidelines on Male Infertility. © European Association of Urology. 2016; 42.
5. Сухих Г.Т., Божедомов В.А. Мужское бесплодие. Практическое руководство для урологов и гинекологов, М.: Эксмо, 2009. 240 с.: ил. Медицинская практика .
6. Божедомов В.А. Мужской фактор бездетного брака – пути решения проблемы. Урология. 2016. № 1 (Приложение 1). С. 28–34 .
7. Mirone V. (Ed.). Clinical Uro-Andrology. Springer; 2015. P. 197–205.
8. Hughes E.G., Grantmyre J., Zini A. An integrated approach to male-factor subfertility: bridging the gap between fertility specialists trained in urology and gynaecology // J Obstet Gynaecol Can. 2015 Mar. Vol. 37(3). P. 258–265.
9. Jae Hung Jung, Ju Tae Seo. Empirical medical therapy in idiopathic male infertility: Promise or panacea? // Clin Exp Reprod Med. 2014. Vol. 41(3). P. 108–114.
10. Singh A., Jahan N., Radhakrishnan G. et al. To Evaluate the Efficacy of Combination Antioxidant Therapy on Oxidative Stress Parameters in Seminal Plasma in the Male Infertility // J Clin Diagn Res. 2016. Vol. 10(7). P. 14–17.
11. Garolla A., Ghezzi M., Cosci I. et al. FSH treatment in infertile males candidate to assisted reproduction improved sperm DNA fragmentation and pregnancy rate. Endocrine. 2016 Jul 27. .
12. Simoni M., Santi D., Negri L. et al. Treatment with human, recombinant FSH improves sperm DNA fragmentation in idiopathic infertile men depending on the FSH receptor polymorphism p.N680S: a pharmacogenetic study // Hum Reprod. 2016 Sep. Vol. 31(9). P. 1960–1969.
13. Божедомов В.А., Торопцева М.В. Ушакова И.В. и соавт. Активные формы кислорода и репродуктивная функция мужчин: фундаментальные и клинические аспекты (обзор литературы) // Андрология и генитальная хирургия. 2011. №. 3. С. 26–33 .
14. Zini A., Fischer M.A., Nam R.K. et al. Use of alternative and hormonal therapies in male infertility. Urology 2004. Vol. 63. P. 141–143.
15. Tremellen K. Oxidative stress and male infertility – a clinical perspective. Hum.Reprod.Update. 2008. Vol. 14(3). P. 243–258.
16. Agarwal A., Sekhon L.H. Oxidative stress and antioxidants for idiopathic oligoasthenoteratospermia: Is it justified? // Indian J Urol 2011. Vol. 27. P. 74.
17. Sabeti P., Pourmasumi S., Rahiminia T. et al. Etiologies of sperm oxidative stress. Int J Reprod BioMed 2016. Vol. 14. P. 231–240.
18. Akmal M., Qadri J.Q., Al-Waili N.S. et al. Improvement in human semen quality after oral supplementation of vitamin C // J Med Food. 2006 Fall. Vol. 9(3). P. 440–442.
19. Ross C., Morriss A., Khairy M. et al. A systematic review of the effect of oral antioxidants on male infertility // Reprod Biomed Online. 2010. Vol. 20(6). P. 711–123.
20. Zini A., Al-Hathal N. Antioxidant therapy in male infertility: fact or fiction? // Asian J Androl. 2011. Vol. 13(3). P. 374–381.
21. Showell M.G., Mackenzie-Proctor R., Brown J. et al. Antioxidants for male subfertility. Cochrane Database Syst Rev. 2014. (12):CD007411. doi: 10.1002/14651858.CD007411.pub3. Epub 2014 Dec 15.
22. WHO (2010) WHO Laboratory Manual for the Examination and Processing of Human Semen, 5th edn. WHO, Geneva.
23. Agarwal A., Deepinder F. Determination of seminal oxidants (reactive oxygen species) // Infertility in the Male, 4th edn (eds L.I. Lipshults, S.S. Howards & C.S. Niederberger), 2009. P. 618–632.
24. Gosalvez J., Lopez-Fernandez C., Fernandez J.L.Sperm chromatindispersion test: technical aspects and clinical applications // Sperm Chromatin. Biological and Clinical Applications in MaleInfertility and Assisted Reproduction. Zini A., Agarwal A. (Eds.), Springer. 2011. P. 151–170.
25. Камалов А.А., Абоян И.А., Ситдыкова М.Э. и соавт. Применение биологически активного комплекса Андродоз® у пациентов с патоспермией и иммунолгическим фактором инфертильности. Результаты мультицентрового клинического исследования // Фарматека. 2014. № 4. С. 29–40 .
26. Алчинбаев М.К., Медеубеков У.Ш., Хусаинов Т.Э. и соавт. Новые подходы к лечению патоспермии // Урология. 2013. № 2. С. 46–49 .
27. Дендеберов Е.С., Виноградов И.В. Опыт применения биокомплекса АндроДоз для фертилизации больных с идиопатической патоспермией // Эффективная фармакотерапия. № 2014. Т. 47 (Урология и нефрология № 4). С. 2–3 .
28. Проскурин А.А., Голубкин Е.А., Поливин П.А., Казарян Э.Э. Сравнительная оценка эффективности комплексной терапии идиопатического бесплодия // Проблемы репродукции. 2013. № 6. С. 65– 66 .
29. Неймарк А.И., Клепикова И.И., Неймарк Б.А. и соавт. Применение препарата АндроДоз у мужчин с нарушением фертильности // Андрология и генитальная хирургия. 2013. № 4. С. 44–52 .
30. Aitken J.R., De Iuliis G.N. Role of oxidative stress in the etiology of sperm DNA damage // Sperm chromatin: biological and clinical application in male infertility and assisted reproduction / A.Zini, A.Agarwal (Ed.). 2011. Springer. Р. 277–294.
31. Agarwal A., Durairajanayagam D., du Plessis D.S. Utility of antioxidants during assisted reproductive techniques: an evidence based review // Reproductive Biology and Endocrinology 2014. Vol. 12. P. 112.
32. Yao D.F., Mills J.N. Male infertility: lifestyle factors and holistic, complementary, and alternative therapies // Asian Journal of Andrology. 2016. Vol. 18. P. 410–418.
33. Scott R., MacPherson A., Yates R.W., Hussain B., Dixon J. The effect of oral selenium supplementation on human sperm motility // Br J Urol. 1998. Vol. 82. P. 76–80.
34. Keskes-Ammar L., Feki-Chakroun N., Rebai T., Sahnoun Z., Ghozzi H., Hammami S. et al. Sperm oxidative stress and the effect of an oral vitamin E and selenium supplement on semen quality in infertile men // Syst Biol Reprod Med. 2003. Vol. 49. P. 83–94.
35. Omu A., Al-Azemi M., Kehinde E., Anim J., Oriowo M., Mathew T. Indications of the mechanisms involved in improved sperm parameters by zinc therapy // Med Princ Pract. 2008. Vol. 17. P. 108–116.
36. Galatioto G.P., Gravina G.L., Angelozzi G. et al. May antioxidant therapy improve sperm parameters of men with persistent oligospermia after retrograde embolization for varicocele? // World Journal of Urology. 2008. Vol. 26. P. 97–102.
37. Lombardo F., Sansone A., Romanelli F. et al. The role of antioxidant therapy in the treatment of male infertility: an overview // Asian Journal of Andrology. 2011. Vol. 13. P. 690–697.
38. Menezo Y.J., Hazout A., Panteix G., Robert F., Rollet J., Cohen-Bacrie P., Chapuis F., Clement P., Benkhalifa M. Antioxidants to reduce sperm DNA fragmentation: an unexpected adverse effect .// Reprod Biomed Online 2007. Vol. 14. P. 418– 421.
39. Absalan F., Ghannadi A. Value of sperm chromatin dispersion test in couples with unexplained recurrent abortion. J Assist Reprod Genet. 2012. Vol. 29. P. 11–14.
40. Gharagozloo P., Aitken R.J. The role of sperm oxidative stress in male infertility and the significance of oral antioxidant therapy // Hum Reprod. 2011. Vol. 26(7). P. 1628–1640.
41. Lombardo F., Sansone A., Romanelli F., Paoli D., Gandini L., Lenzi A. The role of antioxidant therapy in the treatment of male infertility: an overview // Asian J Androl. 2011. Vol. 13. P. 690–737.
42. Giustarini D., Dalle-Donne I., Colombo R., Milzani A., Rossi R. Is ascorbate able to reduce disulfide bridges? // A cautionary note. Nitric Oxide 2008. Vol. 19. P. 252–258.
43. Menezo Y., Evenson D., Cohen M., Dale B. Effect of antioxidants on sperm genetic damage // Adv Exp Med Biol. 2014. Vol. 791. P. 173– 89. doi: 10.1007/978-1-4614-7783-9_11. Review. PubMed PMID: 23955679.

Бесплодие – это неспособность сексуально активной супружеской пары, не применяя контрацепции достигнуть беременности в течение более одного года.

Примерно 25% супружеских пар сталкиваются с отсутствием зачатия в течение одного года. Из них 15% проходят лечение по поводу бесплодия.

Мужской фактор занимает примерно 40% среди причин бесплодного брака, в последние десятилетия наблюдается необъяснимое прогрессивное снижение числа сперматозоидов в эякуляте. Примерно 6-8% мужчин являются бесплодными. Около 40% составляет женское бесплодие и 20% смешанное.

Диагностика мужского бесплодия:

Диагностика мужского бесплодия основывается на комплексной оценке состояния мужской репродуктивной системы, врач андролог проводит обследование в определенной последовательности. Диагностику начинают с минимума и по мере необходимости расширяют.

Минимальный алгоритм обследования мужчины при бесплодии: (этот алгоритм позволяет верифицировать диагноз и выявить нарушения способности к оплодотворению у мужчин, позволяет оценить анатомо-функциональное состояние органов репродуктивной системы).

1. Консультация (сбор анамнеза, жалоб) и осмотр врача андролога.

2. Оценка показателей спермограммы — оценивают мужскую фертильность (качество спермы). Является точкой отсчета необходимости дальнейших действий (анализ сдают путем мастурбации в отдельно отведенном помещении, перед этим 3 дня воздержания от половых контактов, не пить алкоголь, не посещать баню). Виды патоспермии.

3. MAR-тест – исключают иммунное бесплодие (подготовка такая же как и при сдачи спермограммы).

4. УЗИ + Допплерометрия органов мошонки – исследование яичек, придатков и кровоснабжение этих органов. Исключает хирургическую, воспалительную и физиологическую патологию.

5. ТРУЗИ предстательной железы и семенных пузырьков – более детальное исследование предстательной железы, которое позволяет рассмотреть ее структуру и исключить острые и хронические воспалительные процессы.

Полный алгоритм обследования мужчины при бесплодии: (проводят после минимального алгоритма с целью уточнения диагноза или при наличии жалоб со стороны пациента).

1. Гормональный статус – анализ крови на основные гормоны отвечающие за нормальное протекание сперматогенеза и мужское либидо

2. Генетические исследования – выполняют по назначению врача андролога исходя из клинической ситуации (прямым показанием для исследования является выраженная патоспермия).

3. ПЦР — диагностика инфекций ЗППП – исключают основные инфекции передающиеся половым путем и их возможное влияние на снижение качества спермы и отсутствие зачатия, выкидыш или замирание беременности (мазок из мочеиспускательного канала, за 2 часа до исследования не мочиться).

4. Посев спермы – исследование эякулята выполняют в случаях повышения лейкоцитов или появлении бактерий в сперме (анализ сдают путем мастурбации в стерильный контейнер, воздержание не обязательно).

5. Сок предстательной железы – (секрет простаты) – исключают воспалительный процесс в предстательной железе – простатит (перед анализом обязательно 3 дня полового воздержания).

6. Определение уровня свободных радикалов (ROS) – один из факторов, способный снижать мужскую фертильность ROS — гиперпродукция активных форм кислорода (озон, свободные радикалы, перекись водорода). В небольших количествах АФК необходимы для нормальной регуляции функции сперматозоидов (гиперактивация и акросомальная реакция). Но избыточная продукция АФК приводит к повреждению мембраны сперматозоидов, снижению их подвижности и нарушению оплодотворяющей способности. Кроме того, АФК непосредственно повреждают ДНК хромосом и инициируют апоптоз сперматозоидов.

7. Акросомальная реакция – (это химические изменения на головке сперматозоида, позволяющие проникнуть ему в яйцеклетку)- при контакте сперматозоида с прозрачной областью оболочки яйцеклетки, акросома сперматозоида претерпевает акросомальную реакцию, которая в норме протекает только у морфологически нормальных сперматозоидов и позволяет им проникнуть внутрь яйцеклетки.

8. Электронно-микроскопическое исследование сперматозоидов (NEW) – новый метод более детального изучения и выявления патологических внутренних структур у сперматозоидов и содержимого семенной плазмы.

9. Биохимия эякулята – исследование состава семенной плазмы, отражает работу таких органов как предстательная железа, семенные пузырьки и придатки яичек. (исследуют уровень фруктозы, лимонной кислоты, нейтральной альфа — гликозидазы, простатической кислой фосфатазы, цинка).

10. Исследование морфологии по Крюгеру — более углубленное исследование морфологии сперматозоидов при выполнении обычной спермограммы (выполняют совместно со спермограммой). Рзавернутая спермограмма – в нее входит стандартная спермограмма (показатели рекомендованные ВОЗ) + MAR-тест (IgG; IgA) + морфология по Крюгеру.

11. Проба Курцрока-Миллера; Тест Шуварского — выявление иммунологического конфликта между мужчиной и женщиной на уровне шейки матки (шеечный фактор, посткоитальный тест).

12. HLA – типирование супружеской пары (при не вынашивании беременности). Проводится для определения антигенов тканевой совместимости у супругов. Выполняют забор венозной крови и выделение из нее клеток лейкоцитов, на поверхности которых расположены антигены тканевой совместимости.

13. Диагностическая биопсия яичек – выполняют по назначению врача андролога, в случаях с азооспермией (необходима для постановки точного диагноза и выбора дальнейшей тактики лечения).

14. ПСА – простат специфический антиген, исследование выполняют всем мужчинам старше 45 лет.

15. Лабораторные методы диагностики – назначает врач по показаниям: общий анализ мочи, посев мочи, общий анализ крови, биохимия крови и др.

16. Определение онкомаркеров – назначение выполняет врач по показаниям.

ПРИЧИНЫ ОКСИДАТИВНОГО СТРЕССА СПЕРМАТОЗОИДОВ (АФК\ROS тест)

Активные формы кислорода (АФК), или reactive oxygen species (ROS), являются метаболитами кислорода и включают супероксид-анион, перекись водорода, гидроксильные и гидропероксильные радикалы и оксид азота.

Когда АФК присутствуют в сперме в избытке, они могут инициировать патологические изменения сперматозоидов, вызывая окислительное повреждение клеточных липидов, белков и ДНК. Такие нарушения получили названия оксидативный стресс (ОС) сперматозоидов.

За счет снижения подвижности, нарушения акросомной реакции, повреждения рецепторов сперматозоидов ОС приводит к снижению вероятности наступления беременности. Вызывая разрывы (фрагментацию) ДНК сперматозоидов ОС приводит к нарушению развития зародыша, что сопровождается замершими беременностями, выкидышами на ранних сроках, аномалиями развития и возникновением злокачественных новообразований у детей.

Человеческий сперматозоид очень восприимчив к оксидативному стрессу.

ОС сперматозоидов оказывает отрицательное влияние, как на прогноз естественного зачатия, так и на результаты вспомогательных репродуктивных технологий (ВРТ), в т.ч. ИКСИ.

Согласно Рекомендациям Всемирной Организации Здравоохранения (WHO-2010), Европейской ассоциации репродукции человека и эмбриологии (ESHRE-2016) и Европейской урологической ассоциации (EAU-2017) определение АФК входит в перечень рекомендуемых методов обследования при мужском бесплодии и нарушениях развития беременности.

Анализы	Цена
Продукция активных форм кислорода в нативной сперме	1355	Записаться на прием
Продукция активных форм кислорода отмытыми сперматозоидами	2678	Записаться на прием
Оценка количества формазанов в сперматозоидах	2000	Записаться на прием
Антиокислительная активность спермы	2142	Записаться на прием

F Оксидативный стресс сперматозоидов имеет место в 30-80% (по нашим данным около 40%) случаев при бездетном браке.

Факторы риска ОС сперматозоидов многочисленны:

инфекционно-воспалительные процессы в органах мочеполового тракта;

варикоцеле;

крипторхизм;

перегревание при лихорадочных состояниях, или действии внешних источников тепла (сауна, горячая ванна и др.);

психо-эмоциональные стрессы;

аутоиммунные реакции против сперматозоидов, сопровождающиеся выработкой антиспермальных антител (АСАТ);

системные заболевания (диабет, подагра и др.);

курение;

возраст старше 40 лет;

нехватка антиоксидантов в пище;

генетические дефекты системы антиоксидантной защиты.

Для оценки ОС сперматозоидов в научных исследованиях могут применяться различные тесты: прямые методы определения АФК (хемилюминесценция, NBT-тест), или непрямые методы оценки повреждений, возникших в результате ОС (определение изопростана, малонового альдегида и др.).

Единственный метод оценки оксидативного стресса, рекомендованный ВОЗ-2010 для клинических целей – метод люминолзависимой хемилюминесценции, который используем мы.

В этой процедуре применяется чувствительный люминометр для измерения малых количеств света, генерируемого сперматозоидами человека, в присутствии хемилюминесцентного зонда, такого как люминол. Описанная в Руководстве ВОЗ-2010 и используемая нами методика основана на применении смеси люминола и пероксидазы хрена для проведения чувствительных измерений образования перекиси водорода.

Примеры записи люминолзависимой хемилюминесценции эякулятов различных пациентов

(кривые I-IV).

В эякуляте человека АФК продуцируются сперматозоидами, незрелыми клетками сперматогенеза и лейкоцитами. Один лейкоцит может генерировать по меньшей мере в 100 раз больше АФК, чем сперматозоид.

Различные модификации метода применяются для оценки функциональной активности лейкоцитов и непосредственно ОС сперматозоидов.

В нашей лаборатории в настоящее время применяют три метода оценки ОС на основе хемилюминесценции:

- определение АФК в нативном эякуляте, что отражает суммарную продукцию АФК, зависящую в значительной степени от концентрации лейкоцитов и активности воспалительного процесса;

- оценка продукции АФК отмытыми сперматозоидами (на 10 млн. клеток), что отражает выраженность внутриклеточного ОС;

- определение антиокислительной емкости семенной плазмы, что служит основанием для назначения антиоксидантов.

Семенная плазма обладает свойствами связывать избыточную продукцию АФК, но активность антиоксидантных ферментов может быть у некоторых мужчин недостаточной. Для характеристики антиоксидантной емкости спермы используется специальная методика с использованием сульфата железа.

Запись хемилюминесценции модельной системы, генерирующей АФК (кривая М), и модельной системы, генерирующей АФК, с добавлением 0,1мл спермоплазмы пациентов I, II, III, IV (кривые I-IV).

Доктор мед. наук, профессор В.А.Божедомов

Несколько цитат о роли активных форм кислорода (АФК/ROS):

- «…Высокое производство ROS может вызывать перекисное повреждение и потерю функции спермы, а также повреждение ДНК, как в ядерном, так и в митохондриальном геномах…»

по WHO laboratory manual for the examination and processing of human semen / Editor-in-chief Dr. Trevor G. Cooper - 5th ed. 2010: 132.

- «… Оксидативный стресс является одной из ведущих причин повреждения спермальных ДНК…»

По C.Celik-Ozenci, G.Huszar // Male infertility. S.J.Perekatti, A.Agarwal (Eds.). Springer New York Heidelberg Dordrecht London, 2012: 462.

- «…Считается, что от 30% до 80% случаев мужского бесплодия связаны с повреждающим действием окислительного стресса на сперму, и 1 человек из 20 будет страдать из-за этого от субфертильности…»

- «…Повышение уровня ROS, связанное с лейкоцитоспермией, может вести к повреждению клеточных мембран, внеклеточных протеинов, органелл и спермальных ДНК…»

По Smelov V.// Prostatitis and its management. T.Cai, T.E.B.Johansen (Eds.).-Springer Cham Heidelberg New York Dordrecht London, 2016: 123.

Настоящая обзорная статья рассматривает существующие в настоящее время представления о механизмах, которые лежат в основе генерации активных форм кислорода при пермеабилизации митохондриальных мембран. Рассмотрена роль ионов кальция и комплексов дыхательной цепи митохондрий. Обсуждается влияние уровня пиридиновых нуклеотидов, компонентов антиоксидантной системы, а также участие матриксных Са2+-активируемых дегидрогеназ. В литературе имеются данные, показывающие, что индукция митохондриальной Са2+-зависимой поры вызывает конформационные перестройки дыхательных комплексов I, II и III, что усиливает генерацию активных форм кислорода. Вход кальция в матрикс митохондрий может увеличивать скорости продукции активных форм кислорода за счет активации пируватдегидрогеназы и а-кетоглутаратдегидрогеназы, а также способствовать выходу цитохрома с в цитозоль при индукции митохондриальной поры. Выход глутатиона и восстановленных пиридиновых нуклеотидов через пору снижает антиоксидантную защиту матрикса митохондрий и увеличивает продукцию супероксид аниона и перекиси водорода. Явление всплеска активных форм кислорода, вызванного пермеабилизацией митохондрий, сопровождает различные патологические состояния, включая ишемию с последующей реперфузией, поэтому понимание молекулярных процессов, лежащих в его основе, необходимо для дальнейшей разработки способов его фармакологической коррекции.

активные формы кислорода

митохондриальная пора

дыхательная цепь митохондрий

1. Halestrap A.P., Richardson A.P. The mitochondrial permeability transition: a current perspective on its identity and role in ischaemia/reperfusion injury // Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 2015. Vol. 78. P. 129-141.

2. Brookes P.S., Yoon Y., Robotham J.L. et al. Calcium, ATP, and ROS: a mitochondrial love-hate triangle // American Journal of Physiology. Cell Physiology. 2004. Vol. 287 (4). P. 817-833.

3. Ruiz-Ramírez A., López-Acosta O., Barrios-Maya M.A., El-Hafidi M. Cell death and heart failure in obesity: role of uncoupling proteins // Oxidative Medicine and Cellular Longevity. 2016. Vol. 2016. P. 1-11.

4. Zorov D.B., Juhaszova M., Sollott S.J. Mitochondrial reactive oxygen species (ROS) and ROS-induced ROS release // Physiological Reviews. 2014. Vol. 94 (4). P. 909-950.

5. Andrienko T., Pasdois P., Rossbach A., Halestrap A.P. Real-time fluorescence measurements of ROS and in ischemic/reperfused rat hearts: detectable increases occur only after mitochondrial pore opening and are attenuated by ischemic preconditioning // PLoS ONE. 2016. Vol. 11 (12).

6. Korge P., John S.A., Calmettes G., Weiss J.N. Reactive oxygen species production induced by pore opening in cardiac mitochondria: the role of complex II // The Journal of Biological Chemistry. 2017. Vol. 292 (24). P. 9896-9905.

7. Korge P., Calmettes G., John S.A., Weiss J.N. Reactive oxygen species production induced by pore opening in cardiac mitochondria: The role of complex III // The Journal of Biological Chemistry. 2017. Vol. 292 (24). P. 9882-9895.

8. Batandier C., Leverve X., Fontaine E. Opening of the mitochondrial permeability transition pore induces reactive oxygen species production at the level of the respiratory chain complex I // The Journal of Biological Chemistry. 2004. Vol. 279 (17). P. 17197-17294.

9. Cadenas S. ROS and redox signaling in myocardial ischemia reperfusion injury and cardioprotection // Free Radical Biology and Medicine. 2018. Vol. 117. P. 76-89.

10. Chouchani E.T., Pell V.R., James A.M. et al. A unifying mechanism for mitochondrial superoxide production during ischemia-reperfusion injury // Cell Metabolism. 2016. Vol. 23 (2). P. 254-263.

11. Гривенникова В.Г., Виноградов А.Д. Генерация активных форм кислорода митохондриями // Успехи биологической химии. 2013. Т. 53. С. 245-296.

12. Maklashina E., Sher Y., Zhou H.Z. et al. Effect of anoxia/reperfusion on the reversible active/de-active transition of NADH-ubiquinone oxidoreductase (complex I) in rat heart // Biochimica et Biophysica Acta. 2002. Vol. 1556 (1). P. 6-12.

13. Grivennikova V.G., Kareyeva A.V., Vinogradov A.D. What are the sources of hydrogen peroxide production by heart mitochondria? // Biochimica et Biophysica Acta. 2010. Vol. 1797 (6-7). P. 939-944.

14. Chouchani E.T., Methner C., Nadtochiy S.M. et al. Cardioprotection by S-nitrosation of a cysteine switch on mitochondrial complex I // Nature Medicine. 2013. Vol. 19 (6). P. 753-759.

15. Imlay, J.A. A metabolic enzyme that rapidly produces superoxide, fumarate reductase of Escherichia coli // Journal of Biological Chemistry. 1995. Vol. 270. P. 19767-19777.

16. Siebels I., Drose S. Q-site inhibitor induced ROS production of mitochondrial complex II is attenuated by TCA cycle dicarboxylates // Biochimica et Biophysica Acta. 2013. Vol. 1827 (10). P. 1156-1164.

17. Quinlan C.L., Orr A.L., Perevoshchikova I.V. et al. Mitochondrial complex II can generate reactive oxygen species at high rates in both the forward and reverse reactions // Journal of Biological Chemistry. 2012. Vol. 287 (32). P. 27255-27264.

18. Grivennikova V.G., Kozlovsky V.S., Vinogradov A.D. Respiratory complex II: ROS production and the kinetics of ubiquinone reduction // Biochimica et Biophysica Acta. 2017. Vol. 1858 (2). P. 109-117.

19. Chouchani E.T., Pell V.R., Gaude E. et al. Ischaemic accumulation of succinate controls reperfusion injury through mitochondrial ROS // Nature. 2014. Vol. 515. P. 431-435.

20. Lemarie A., Huc L., Pazarentzos E. et al. Specific disintegration of complex II succinate:ubiquinone oxidoreductase links pH changes to oxidative stress for apoptosis induction // Cell Death and Differentiation. 2011. Vol. 18 (2). P. 338-349.

21. Huang L.S., Cobessi D., Tung E.Y., Berry E.A. Binding of the respiratory chain inhibitor antimycin to the mitochondrial bc1 complex: a new crystal structure reveals an altered intramolecular hydrogen-bonding pattern // Journal of Molecular Biology. 2005. Vol. 351 (3). P. 573-597.

22. Vercesi A.E. The participation of NADP, the transmembrane potential and the energy-linked NAD(P) transhydrogenase in the process of Ca2+ efflux from rat liver mitochondria // Archives of Biochemistry and Biophysics. 1987. Vol. 252 (1). P. 171-178.

23. Peng T.I., Jou M.J. Oxidative stress caused by mitochondrial calcium overload // Annals of the New York Academy of Sciences. 2010. Vol. 1201. P. 183-188.

24. Starkov A.A. An update on the role of mitochondrial α-ketoglutarate dehydrogenase in oxidative stress // Molecular and Cellular Neuroscience. 2013. Vol. 55. P. 13-16.

25. Nickel A.G., von Hardenberg A., Hohl M. et al. Reversal of mitochondrial transhydrogenase causes oxidative stress in heart failure // Cell Metabolism. 2015. Vol. 22 (3). P. 472-484.

26. Wei A.C., Liu T., Winslow R.L., O"Rourke B. Dynamics of matrix-free Ca2+ in cardiac mitochondria: two components of Ca2+ uptake and role of phosphate buffering // Journal of General Physiology. 2012. Vol. 139 (6). P. 465-478.

27. Denton R.M. Regulation of mitochondrial dehydrogenases by calcium ions // Biochimica et Biophysica Acta. 2009. Vol. 1787 (11). P. 1309-1316.

28. Patterson S.D., Spahr C.S., Daugas E. et al. Mass spectrometric identiﬁcation of proteins released from mitochondria undergoing permeability transition // Cell Death and Differentiation. 2000. Vol. 7 (2). P. 137–144.

29. Ott M., Robertson J.D., Gogvadze V. et al. Cytochrome c release from mitochondria proceeds by a two-step process // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2002. Vol. 99 (3). P. 1259–1263.

30. Pereverzev M.O., Vygodina T.V., Konstantinov A.A., Skulachev V.P. Cytochrome c, an ideal antioxidant // Biochemical Society Transactions. 2003. Vol. 31. Pt. 6. P. 1312–1315.

Пермеабилизацию внешней мембраны митохондрий опрeделяют как резкое увеличение ее проницаемости для ионов и растворов массой менее 1,5 kDa, приводящее к потере мембранного потенциала, набуханию митохондрий, разрыву их внешней мембраны и выходу апоптогенных факторов. Этот процесс происходит после открывания мегаканала, известного как Са 2+ -зависимая неспецифическая митохондриальная пора (mPTP) . Открывание mPTP, по-видимому, является ключевым фактором, вызывающим клеточную гибель и необратимые повреждения органов при многих патологических состояниях, таких как ишемия с последующей реперфузией, нейродегенеративные заболевания, мышечная дистрофия.

Главным активатором mPTP является кальций, при этом чувствительность к катиону многократно увеличивается при окислительном стрессе . Такие условия наблюдаются при ишемии/реперфузии, и считается, что они являются главным триггером открывания mPTP. Предположение о том, что основной всплеск активных форм кислорода (АФК) происходит при открывании поры и после, долгое время ставилось под сомнение, так как известно, что ее индукция приводит к разобщению митохондрий, а это, в свою очередь, снижает продукцию АФК . Однако группой Д. Зорова было обнаружено, что аккумулирование АФК в матриксе митохондрий сердечных миоцитов при фотоактивации тетраметилродаминовых производных запускает индукцию mPTP, которая сопровождается многократно усиленной продукцией («всплеском») АФК. Данное явление авторы назвали АФК-индуцированный выход АФК («ROS - induced ROS releas» (RIRR)) . Впоследствии появилось много работ, демонстрирующих всплеск АФК, вызванный индукцией mPTP . Выход АФК в цитозоль может активировать редокс-чувствительные ферменты, а также запускать сложный сигнальный ответ и генерацию АФК в соседних митохондриях. Данный процесс имеет важное физиологическое и патологическое значение, поскольку может индуцировать гибель не только старых и поврежденных митохондрий и клеток, но и здоровых. Вопрос о путях образования АФК при индукции mPTP несет важную научную и практическую значимость, но к настоящему моменту остается открытым.

Цель исследования

Произвести обзор существующих в современной литературе данных и гипотез о сайтах и механизмах продукции АФК при пермеабилизации внешней мембраны митохондрий.

Комплекс I дыхательной цепи митохондрий

Комплекс I (НАДН-убихинон оксидоредуктаза) является одним из главных мест продукции АФК в митохондриях. Считается, что основными сайтами генерации АФК в нем выступают флавинмононуклеотид НАДН-связывающего сайта (сайт I f), и убисемихинон коэнзим Q-связывающего сайта (сайт I q) . Продукция супероксида на сайте I f происходит во время прямого транспорта электронов, когда ФМН находится в сильно восстановленном состоянии и зависит от соотношения НАДН/НАД + в матриксе. Ингибитор коэнзим Q-связывающего сайта ротенон увеличивает продукцию супероксида, так как вызывает возвращение электронов на ФМН. Продукция супероксида на комплексе I также происходит во время обратного транспорта электронов, когда пул коэнзима Q полностью восстановлен .

При патологических условиях увеличение эффективности АФК-генерирующих сайтов комплекса I могут быть связаны с его конформационными перестройками. Открывание mPTP сильно снижает ротенон-чувствительную активность НАДН-убихинон редуктазы и увеличивает продукцию Н 2 О 2 в присутствии ≥50 µМ НАДН . НАДН-убихинон оксидоредуктаза характеризуется медленным переходом из активного состояния в неактивное и наоборот. Это предполагает большие конформационные перестройки комплекса, по крайней мере той его части, которая вовлечена в ротенон-чувствительное восстановление убихинона . Было показано, что комплекс I, выделенный из сердца крыс, подвергшегося 30-минутной аноксичной перфузии, переходил в неактивное состояние и возвращался к активному после реоксигенации . Авторы предположили, что эти конформационные перестройки могут быть связаны с генерацией АФК после того, как ткани сердца, подвергшиеся коронарной окклюзии, реоксигенируются. Переход комплекса в неактивное состояние сопровождается специфическим демаскированием Cys39 субъединицы ND3 . Было показано, что нитрозирующие соединения, обратимо модифицирующие данный цистеин, могут использоваться в качестве фармакологической защиты от генерации АФК при реперфузии .

Комплекс II дыхательной цепи митохондрий

Комплекс II, или сукцинат-убихинон оксидоредуктаза, является тетрамерным, содержащим железо-серные кластеры флавопротеином внутренней мембраны митохондрий. Он одновременно участвует в работе цикла Кребса и дыхательной цепи, осуществляя превращение сукцината в фумарат и восстанавливая убихинон до убихинола.

Возможность образования АФК флавином фумаратредуктазы E. coli (сайт II f) в присутствии низких концентраций дикарбоновых кислот впервые была показана в работе . Впоследствии продукция АФК была продемонстрирована на субмитохондриальных частицах митохондрий бычьего сердца и скелетных мышц . Ингибитор комплекса II атпенин А5 и ингибитор комплекса III стигмателлин, который блокирует окисление убихинола комплексом III, стимулируют продукцию АФК комплексом II в присутствии сукцината. Малонат, напротив, ингибирует генерацию АФК комплексом II, что указывает на то, что АФК образуются на полностью восстановленном флавиновом сайте II f , хотя не исключены и другие сайты . Зависимость продукции перекиси водорода от концентрации сукцината имеет колоколообразную форму: уровень перекиси растет с увеличением концентрации субстрата до 400 μМ, затем значительно снижается при миллимолярных концентрациях, обычно используемых для энергизации митохондрий. Причиной этого явления является то, что комплекс II генерирует АФК только тогда, когда его флавиновый сайт II f не занят дикарбоновыми кислотами . Cукцинат и другие интермедиаты цикла Кребса, которые взаимодействуют с сайтом связывания дикарбоновых кислот, могут ограничивать доступ к нему кислорода и, таким образом, подавлять продукцию АФК комплексом II. Уровень сукцината и фумарата в матриксе увеличивается во время ишемии/гипоксии, однако это не предотвращает образование АФК. Напротив, было показано, что аккумулирование сукцината во время ишемии сильно коррелирует с продукцией АФК и повреждениями при реперфузии . Авторы предположили, что главным источником АФК в данных условиях является обратный поток электронов через комплекс I . Однако, в условиях длительной ишемии, когда мембраны полностью деполяризуются, данный механизм вряд ли осуществим. Альтернативный механизм генерации АФК предполагает получение доступа кислорода к восстановленному сайту II f из-за снижения содержания дикарбоновых кислот в его непосредственной близости в результате ускорения выхода сукцината и фумарата из матрикса при индукции mPTP . Данный механизм требует ингибирования комплекса II на уровне восстановления убихинона либо ингибирования окисления убихинола комплексом III.

Конформационные перестройки комплекса II также могут способствовать всплеску АФК при пермеабилизации мембран. Было показано, что при понижении внутриклеточного рН, наблюдающегося при апоптозе, происходит диссоциация комплекса II: субъединицы сукцинатдегидрогеназы SDHA и SDHB, осуществляющие окисление сукцината до фумарата и перенос электронов через железо-серные кластеры, отделяются от сайта восстановления коэнзима Q сукцинат CoQ оксидоредуктазы (SQR) . Это приводит к ингибированию активности SQR, при этом сукцинатдегидрогеназная активность остается в норме. Такая диссоциация приводит к прямому одноэлектронному восстановлению кислорода железо-серным кластером комплекса II. И хотя известно, что низкий рН является ингибитором mPTP, тем не менее данный механизм всплеска АФК может иметь место при ишемии, когда происходит падение рН. В это время могут происходить конформационные перестройки комплекса II, и впоследствии, при реперфузии, когда рН восстанавливается до исходного уровня, открывается mPTP и наблюдается всплеск АФК, образуемых на диссоциированном комплексе.

Комплекс III дыхательной цепи митохондрий

Комплекс III (убихинол-цитохром с оксидоредуктаза) - еще один возможный сайт образования АФК. Данный белок осуществляет перенос электронов от убихинона на цитохром с в процессе функционирования так называемого Q-цикла. В ходе данного процесса происходит образование нестабильного семихинона, который может передавать электрон на кислород, образуя при этом супероксидный радикал. Однако в нормальных условиях такая реакция маловероятна, так как семихинон быстро окисляется цитохромом b. Резкое возрастание уровня супероксида происходит при ингибировании комплекса антимицином А, а также при ишемии длительностью более 30 минут . Одной из причин данного явления могут быть его конформационные перестройки, вызванные связыванием ингибитора . На изолированных митохондриях сердца было показано, что комплекс III, заингибированный с помощью антимицина A, генерирует значительное количество АФК в присутствии Mg 2+ и НАД + и в отсутствии экзогенных субстратов при индукции mPTP кальцием и аламетицином. Авторы показали, что в этих условиях продукция перекиси водорода относится к Mg 2+ -зависимой генерации НАДН малатдегидрогеназой. Продукция H 2 O 2 ингибировалась стигмателлином и пирицидином, что указывает на важность НАДН-зависимого восстановления убихинона для генерации АФК в данных условиях. Эти данные подтверждают гипотезу, согласно которой во время ишемии при индукции mPTP увеличение концентрации Mg 2+ , НАД + в матриксе активирует малатдегидрогеназу, которая восстанавливает НАД + , используя малат, концентрация которого повышается вследствие увеличения уровня сукцината и фумарата. Восстановленные эквиваленты поступают на заингибированный комплекс III, в результате чего происходит всплеск АФК .

Роль пиридиновых нуклеотидов в генерации АФК

Раннее было показано, что окисление НАД(Ф)Н матрикса митохондрий предшествует открыванию mPTP . Кроме того, индукция поры приводит к утечке пиридиновых нуклеотидов в цитозоль клетки . Данное изменение баланса НАД(Ф)Н должно влиять на продукцию АФК при пермеабилизации митохондрий. Зависимость генерации АФК от концентрации НАДН была исследована группой А. Виноградова. Было показано, что максимальная продукция супероксида достигает максимума при концентрации НАДН 10-50 μМ, при миллимолярных концентрациях продукция радикала тормозится . Так как физиологические концентрации НАДН/НАД + пары матрикса находятся в миллимолярном диапазоне, то вклад комплекса I в генерацию АФК в нормальных условиях может быть незначительным. Было обнаружено, что в пермеабилизованных митохондриях происходит высокая, зависящая от отношения НАД(Ф)Н/НАД(Ф) + и стимулируемая ионами аммония продукция Н 2 О 2 . При этом выход перекиси водорода был нечувствителен к дикумаролу (ингибитору НАДН-хинон оксидоредуктазы) и НАДН-OH (ингибитору комплекса I), что указывает на матриксную локализацию H 2 O 2 -генерирующего сайта. Исследуемый белок обладал НАДН:липоамид оксидоредуктазной активностью и был идентифицирован как дигидролипоамиддегидрогеназа . Данный белок является важным компонентом (так называемым Е3 компонентом) двух ФАД-cодержащих митохондриальных ферментов: а-кетоглутаратдегидрогеназного комплекса и пируватдегидрогеназного комплекса. Согласно данным, полученным на очищенных комплексах и на изолированных митохондриях , компонент Е3 отвечает за продукцию супероксида и перекиси водорода. Было показано, что пермеабилизованные митохондрии сердца крыс, окисляющие НАДН, продуцируют около 50% перекиси водорода за счет работы комплекса I, а остальные 50% приходятся на долю дигидролипоамиддегидрогеназы .

Восстановленные формы пиридиновых нуклеотидов не только поставляют электроны в дыхательную цепь митохондрий, но также регулируют редокс-статус матрикса через про- и антиоксидантные белки. Одним из таких белков является глутатион, который, совместно с НАДФН, является субстратом антиоксидантных белков глутатионпероксидазы и глутатионредуктазы . При открывании mPTP может происходит выход НАДФH и глутатиона, что вызывает накопление Н 2 О 2 . Более того, в данных условиях из-за падения мембранного потенциала никотинамиднуклеотидтрансгидрогеназа (НАДФН- трансгидрогеназа) не может поддерживать высокий уровень восстановленного НАДФ + , что способствует окислительного стрессу . В физиологических условиях данный фермент осуществляет регенерацию НАДФН в прямой реакции, используя НАДН в качестве субстрата. Эта реакция энергетически выгодна, поскольку трансгидрогенирование между НАДН и НАДФН связано с протонным градиентом вдоль внутренней мембраны. Однако в патологических условиях она может протекать в обратном направлении, регенерируя НАДН для синтеза ATP за счет утилизации НАДФН . Таким образом, антиоксидантная защита, связанная с уровнем восстановленности НАДФ + , падает, что способствует продукции H 2 O 2 .

Роль кальция в генерации АФК

Известно, что увеличение концентрации кальция в матриксе митохондрий запускает индукцию mPTP, при этом чувствительность поры к катиону увеличивается при окислительном стрессе, повышением уровня фосфата и снижением пула адениновых нуклеотидов . Концентрация ионов кальция в матриксе митохондрий находится в пределах примерно 10 nМ. При этом их кальциевая емкость очень высока, изолированные митохондрии способны секвестрировать более 1M кальция из среды, поддерживая концентрацию свободного кальция в микромолярных пределах, в которых происходит регуляция Ca 2+ -зависимых ферментов . К таким ферментам относятся пируватдегидрогеназа и а-кетоглутаратдегидрогеназа. Их активация приводит к усилению дыхания и синтеза АТФ и, вероятно, к повышению продукции АФК .

В процессе пермеабилизации митохондриальных мембран происходит выход из межмембранного пространства и матрикса примерно 100 белков, в том числе таких важных элементов антиоксидантной защиты, как глутатион и цитохром с .

Цитохром с является положительно заряженным белком, который связан с кардиолипином на внешней стороне внутренней мембраны митохондрий, а также с дыхательными комплексами III и IV. Было показано, что выход цитохрома с является двухступенчатым процессом, включающим отсоединение белка от внутримембранных связывающих сайтов и последующую его транслокацию через внешнюю мембрану . Ca 2+ может усиливать диссоциацию цитохрома с от внутренней мембраны, так как является его конкурентом за связывание с отрицательно заряженным кардиолипином. Это способствует выходу цитохрома с в цитозоль при индукции mPTP. Более того, АФК, образуемые при пермеабилизации мембран, могут вызывать окисление кардиолипина, приводящее к изменению его физических свойств, что также может усиливать выход цитохрома с из митохондрий и способствовать еще большей генерации АФК. Пониженный уровень белка замедляет транспорт электронов от комплекса III к комплексу IV и, таким образом, увеличивает продукцию АФК в Q-цикле. Кроме того, цитохром с сам по себе является эффективным антиоксидантом, способным эффективно восстанавливаться супероксид анионом . Таким образом, повышение концентрации кальция в митохондриях оказывает стимулирующее влияние на АФК-продуцирующие ферменты матрикса и приводит к падению антиоксидантной защиты, тем самым увеличивая общий уровень АФК, генерируемый митохондриями.

Заключение

Митохондрии являются одновременно потенциальным источником и мишенью действия АФК, приводящим к потере митохондриальных функций и, как следствие, к необратимому повреждению клеток при многих патологических процессах. Важную роль при этом играет mPTP, индукция которой может приводить к мощной генерации АФК, оказывающих повреждающее действие на соседние органеллы и целые клетки. В настоящее время причины данного явления слабо изучены, хотя в литературе имеется несколько гипотез. Предполагается, что в основе всплеска АФК могут лежать конформационные перестройки комплексов дыхательной цепи, активация дегидрогеназ матрикса в результате действия Са 2+ , изменение баланса НАД(Ф)Н/НАД(Ф) + матрикса и истощение антиоксидантной системы. Дальнейшее исследование механизмов и сайтов продукции АФК при индукции mPTP представляется необходимым, поскольку их точное определение позволит разработать способы их регуляции для предупреждения развития многих патологических состояний организма.

Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 17-75-10122.

Библиографическая ссылка

Харечкина Е.С., Никифорова А.Б. МЕХАНИЗМЫ ГЕНЕРАЦИИ АКТИВНЫХ ФОРМ КИСЛОРОДА ПРИ ПЕРМЕАБИЛИЗАЦИИ МИТОХОНДРИАЛЬНЫХ МЕМБРАН // Современные проблемы науки и образования. – 2018. – № 4.;
URL: http://сайт/ru/article/view?id=27719 (дата обращения: 30.01.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»