Продукция афк отмытыми сперматозоидами. Современные проблемы науки и образования. Основные характеристики спермы
Нами исследована продукция АФК нейтрофилами (Нф) и моноцитами(Мн) с помощью тестов люминолзависимой и люцигенинзависимой (спонтанной и индуцированной убитым стафилококком) хемилюминесценции (ХЛ), отражающих соответственно продукцию высокотоксичных активных форм кислорода (АФК) в системе миелопероксидазы и супероксиданиона у 66 больных СКВ, а также у 22 здоровых доноров. Средний возраст больных СКВ составлял 41,4±10,9 года, длительность процесса соответственно 11±4 года. Минимальная степень активности воспалительного процесса (А1) диагностирована у 41 больного (62,1%), умеренная (АII) - у 25 (37,9%). Острое течение заболевания встречалось у единичных больных (данные их обследования не включены в настоящую работу), подострое течение - у 38 (57,6%), хроническое - у 28 (42,4%). Суставной синдром при СКВ встречался у 49 больных (74,2%).
У больных СКВ, как при наличии, так и при отсутствии поражения суставов, продукция АФК, как Нф, так и Мн, по данным тестов спонтанной люцигенин- и люминолзависимой ХЛ была увеличена по сравнению с показателями группы контроля, характеризуясь выработкой широкого спектра АФК, в том числе высокотоксичных, с мощным гистодеструктивным действием. Индуцированные тесты ХЛ характеризовались вариабельностью, а коэффициенты активации фагоцитов при обеих формах красной волчанки, как правило, были уменьшены, указывая на снижение резервных функций циркулирующих фагоцитов.
При сравнении исследуемых показателей у больных СКВ в зависимости от наличия или отсутствия у них суставного синдрома констатировано снижение индуцированной люцигенинзависимой ХЛ Нф и спонтанной люминолзависимой ХЛ Нф у пациентов с поражениями суставов по сравнению с аналогичными данными в группе больных СКВ с отсутствием суставных поражений.
Проведенные исследования свидетельствуют о повышенной продукции АФК циркулирующими фагоцитами при СКВ, независимо от того, имеются или отсутствуют поражения суставов. Вместе с тем, развитие поражений суставов у больных СКВ сопровождается снижением некоторых показателей окислительного стресса нейтрофилов, что демонстрирует многоликость проявлений окислительного стресса фагоцитов в зависимости от клинических проявлений, в частности, от развития суставных поражений.
Работа представлена на II научную конференцию студентов, молодых ученых и специалистов с международным участием «Современные проблемы науки и образования», 19-26 февраля 2005г. Хургада (Египет)
Библиографическая ссылка
Романова Н.В. ПРОДУКЦИЯ АКТИВНЫХ ФОРМ КИСЛОРОДА ЦИРКУЛИРУЮЩИМИ ФАГОЦИТАМИ И СУСТАВНОЙ СИНДРОМ ПРИ СИСТЕМНОЙ КРАСНОЙ ВОЛЧАНКЕ // Успехи современного естествознания. – 2005. – № 3. – С. 116-116;URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=8239 (дата обращения: 30.01.2020). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания» 1
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»
Целенаправленная продукция АФК живыми клетками
Все организмы оснащены разнообразными механизмами для целенаправленной генерации АФК. Давно известен фермент NADPH-оксидаза, активно продуцирующий "токсичный" супероксид, за которым порождается вся гамма АФК. Но до самого последнего времени его считали специфической принадлежностью фагоцитирующих клеток иммунной системы, объясняя необходимость продукции АФК критическими обстоятельствами защиты от патогенных микроорганизмов и вирусов. Сейчас стало ясно, что это фермент вездесущ. Он и подобные ему ферменты найдены в клетках всех трех слоев аорты, в фибробластах, синоцитах, хондроцитах, клетках растений, дрожжей , в клетках почки , нейронах и астроцитах коры мозга O 2 - á продуцируют и другие повсеместно распространенные ферменты: NO-синтаза , цитохром Р-450 , гамма-глутамил-транспептидаза , и этот список продолжает расти. Недавно обнаружилось, что все антитела способны продуцировать H 2 O 2 , т.е. они также являются генераторами АФК . По некоторым оценкам, даже в покое 10-15% всего потребляемого животными кислорода подвергается одноэлектронному восстановлению , а в условиях стресса, когда активность супероксид-генерирующих ферментов резко возрастает, интенсивность восстановления кислорода возрастает еще на 20% . Таким образом, АФК должны играть весьма важную роль в нормальной физиологии.
18.09.2014
Мужское бесплодие и окислительный стресс: роль диеты, образа жизни и пищевых добавок.
Стивен А Броуди, доктор медицины, доктор философии; директор Института передовых репродуктивных технологий; бывший клинический доцент, медицинский факультет Калифорнийского университета в Сан-Диего, Сан-Диего, Калифорния.
Абстракт
Почти каждая пятая пара страдает бесплодием или субфертильностью. По всему миру в анализах спермы наблюдается снижение численности сперматозоидов. Негативное влияние на процесс сперматогенеза могут оказывать факторы внешней среды, изменения в образе жизни и питание. У большинства пациентов мужское бесплодие и снижение числа сперматозоидов в сперме носят идиопатический характер. Общими характеристиками этих случаев, по-видимому, являются усиление окислительного стресса и нарушение метаболической функции. Они могут главным образом затрагивать незрелые сперматозоиды и лейкоциты. Высокое содержание в мембране сперматозоидов полиненасыщенных жирных кислот, связанных с фосфолипидами, делает их более чувствительными к перекисному повреждению. В результате разрыва или повреждения мембраны страдает функция сперматозоида. Этот процесс приводит к нарушению функции спермы, изменению показателей анализа спермы, фрагментации ДНК и функциональным расстройствам, влияющим на способность сперматозоидов к пенетрации и взаимодействию с ооцитом. Примечательно, что, по данным исследований, антиоксиданты и другие схожие микронутриенты способны снижать окислительный стресс, и, тем самым, улучшать функцию спермы. Оптимизированные пищевые добавки для улучшения качества спермы следует рекомендовать во всех случаях мужской субфертильности, а также бесплодия неустановленной этиологии.
Введение
В рутинной клинической практике для оценки мужской репродуктивной функции используется анализ спермы. Базовый анализ включает определение концентрации спермы, подвижности и морфологии сперматозоидов, объёма и наличия или отсутствия лейкоцитов. К сожалению, изменения в результатах анализа спермы являются лишь косвенным показателем репродуктивной функции .
Очень низкое число подвижных сперматозоидов обычно свидетельствует о снижении фертильности. Тем не менее, очевидно, что проблема заключается не только в их численности, так как даже одного сперматозоида достаточно для оплодотворения яйцеклетки, ежемесячно созревающей в организме женщины-партнёра.
Низкое число сперматозоидов и другие изменения в анализе спермы в действительности свидетельствуют о более глубоких нарушениях функции спермы. Эти нарушения включают фрагментацию ДНК, метаболические изменения, влияющие на сперматогенез, и негативное воздействие свободных радикалов .
Сперматозоиды осуществляют интенсивные движения при помощи хвоста. Из всех клеток человеческого тела они обладают самой высокой подвижностью. Продвижение сперматозоидов вперёд необходимо для преодоления ими женских половых путей. Кроме того, сперматозоиды должны обладать функциональной способностью пенетрировать ооциты. Эти процессы требуют высокого уровня окислительного метаболизма. В результате, продуцируются активные формы кислорода (АФК), одноатомные молекулы, называемые свободными радикалами. Присутствие АФК является патофизиологическим признаком окислительного стресса. Образования свободных радикалов приводит к нарушению функции спермы .
Важность снижения окислительного стресса
Низкие уровни АФК, продуцируемые внутри сперматозоидов, участвуют в регуляции приобретения спермой оплодотворяющей способности. Однако избыточное формирование свободных радикалов может приводить к повреждению сперматозоидов. При высоких уровнях АФК наблюдается снижение подвижности сперматозоидов и повреждение их ядерной ДНК. Состояние окислительного стресса возникает вследствие одной из двух причин: 1) повышенной продукции свободных радикалов или 2) недостаточной антиоксидантной активности для их нейтрализации.
Если снижения окислительного стресса не происходит, это потенциально может приводить к развитию широкого ряда нарушений, влияющих на репродуктивные процессы у мужчин. Одним из главных патофизиологических эффектов свободных радикалов является повреждение клеточной мембраны сперматозоидов путём перекисного окисления липидов.
Смысл использования антиоксидантов - предотвратить вредное влияние избыточного образования свободных радикалов на функции спермы. Применение антиоксидантов способно улучшать функции и параметры спермы, такие как численность, морфология и подвижность сперматозоидов. .
Обзор Кохрейна (Cochrane), посвящённый роли антиоксидантов в репродуктивной функции, подтверждает увеличение подвижности сперматозоидов у мужчин с субфертильностью, а также демонстрирует поразительный рост частоты наступления беременности и родов .
Было обнаружено, что, помимо антиоксидантов, другие пищевые добавки также оказывают влияние на продукцию спермы, метаболизм тестостерона, перенос энергии и подвижность клеток. Эти микронутриенты действуют совместно с антиоксидантами, улучшая функции спермы в целом и увеличивая репродуктивный потенциал . Изменение образа жизни также может способствовать снижению окислительного стресса.
Патофизиология влияния окислительного стресса на репродуктивную функцию мужчины
Окислительный метаболизм крайне важен для нормального сперматогенеза. Избыток прооксидантов может приводить к формированию свободных радикалов. Окислительный стресс возникает, если продукция свободных радикалов начинает превышать способность антиоксидантов к их нейтрализации. Приблизительно у 25% мужчин с субфертильностью в анализе спермы обнаруживается повышение уровня свободных радикалов, мерой которого служат активные формы кислорода (АФК) .
Потенциального снижения уровня активных форм кислорода и окислительного стресса можно достигнуть при помощи диеты и изменения образа жизни. Усилить антиоксидантную систему также позволяют диета и приём антиоксидантов.
Повышенная чувствительность сперматозоидов к активным формам кислорода может объясняться высоким содержанием в их мембранах жирных кислот. Окисление жирных кислот способно вызвать повреждение сперматозоидов за счёт нарушения целостности и проницаемости их мембран . Апоптоз клеток и повреждение ДНК могут возникать в сперматидах и предшественниках сперматозоидов на ранних стадиях сперматогенеза и спермиогенеза . Это может приводить к снижению в анализе спермы всех трёх показателей: численности, подвижности и морфологии.
В примордиальных половых клетках АФК способны подавлять сперматогенез и индуцировать апоптоз . В зрелых сперматозоидах АФК могут вызывать нарушение их основных функций, включая акросомальную реакцию и пенетрацию ооцита. Они также могут повреждать митохондриальную энергетическую систему клетки.
Патофизиологические эффекты окислительного стресса можно рассмотреть последовательно (рисунок):
Прооксидантный метаболизм
1) Избыток свободных радикалов и/или недостаточный антиоксидантный статус
2) Повреждение ДНК, липидов и белков примордиальных половых клеток
3) Изменение показателей анализа спермы: численности, подвижности, морфологии
4) Снижение функции спермы с нарушением акросомальной реакции и капацитации
5) Мужское бесплодие
Снижение показателя численности сперматозоидов по всему миру
Нельзя недооценивать важности изменения питания и образа жизни, а также приёма пищевых добавок для мужчин, желающих восстановить фертильность. Снижение качества и концентрации спермы в западных странах в последние несколько десятилетий носит характер эпидемии . Национальный институт экологической медицины (The National Institute of Environmental Medicine) проанализировал 62 исследования, проведённые на протяжении 52 лет до 1990 года. Было обнаружено, что в США и других западных странах показатель численности сперматозоидов в анализах спермы ежегодно снижается на 1.5 миллиона на мл. В Европе ситуация ещё более катастрофична - там снижение показателя численности сперматозоидов составляет 3 миллиона на мл в год. Эти данные были подтверждены 20-летним исследованием, окончившимся в 1995 году, и опубликованном в «New England Journal of Medicine» . Также наблюдается снижение объёма семенной жидкости.
Те же факторы, которые вызывают снижение функции спермы по всему миру, наблюдаются у мужчин с субфертильностью или бесплодием. Вот некоторые из общих причин:
Сахар и питание, вызывающее гипергликемию
Растительные масла
Транс жиры и полуфабрикаты
Ксенобиотики в продуктах питания: пестициды, гербициды и фунгициды, неферментированная соя
Ксенобиотики из окружающей среды: газы, токсины, чистящие средства, кремы
Гормоны, алкоголь и сигареты
Избыточный вес с центральным ожирением воспалительного типа
Стресс, бессонница и отсутствие физической активности
Коррекция образа жизни для улучшения репродуктивной функции у мужчин
В научной и медицинской литературе можно найти достаточно свидетельств того, что изменение образа жизни и питания способно положительно повлиять на фертильность. Вне зависимости от наличия или отсутствия изменений в анализе спермы, коррекция образа жизни может оказать огромное влияние на репродуктивный потенциал мужчины. Общий механизм, лежащий в основе этого положительного эффекта, по-видимому, заключается в снижении окислительного стресса, уменьшении воспаления и увеличении стабильности липидных мембран. Улучшение энергетического метаболизма и показателей эндогенных микронутриентов также играют определённую роль.
Стиль питания очень важен. Сбалансированная диета способна привести к снижению воспаления, образования свободных радикалов и, потенциально, генетического полиморфизма. Целью является употребление тех продуктов, которые не вызывают воспаления. Они должны иметь низкий гликемический индекс, соответствующий низким уровням инсулина. Жиры, способствующие воспалению, следует исключить . Фрукты и овощи обеспечивают нас крайне важными питательными веществами, противодействующими окислительному стрессу. Достаточное потребление воды благоприятно влияет на внутриклеточную и межклеточную среды. Кофеин следует ограничить одной чашкой кофе или двумя чашками чая в день. Зелёный чай, содержащий кофеин, может оказывать благотворное воздействие.
Физические упражнения способствуют снижению воспалительного ответа организма. Они вызывают улучшение кровотока, функции эндотелия и эластичности сосудов. Мужчина должен посвящать интервальным тренировкам хотя бы 30 минут через день, чередуя их с растяжками и силовыми нагрузками.
Курение приводит к снижению численности сперматозоидов, нарушению их подвижности и морфологии. Увеличение окислительного стресса в сперме может вызвать повреждение ДНК сперматозоидов, с её последующей фрагментацией и снижением функциональной способности .
Неумеренное употребление алкоголя распространено во многих странах мира. Общеизвестно, что избыточное потребление алкоголя нарушает функцию спермы. Этот эффект может быть пропорционален количеству потребляемого алкоголя. Если речь идёт о крепком алкоголе, допускается употребление только одной порции в день.
Сексуальную активность следует соотносить с овариальным циклом партнёрши. Есть сообщения о наступлении беременности за 5 или 6 дней до овуляции. Однако приблизительно через 16 часов после овуляции возможность оплодотворения яйцеклетки внезапно пропадает. Наиболее подходящим временем является 3 день после овуляции. С помощью простых безрецептурных наборов для прогнозирования овуляции или измерения базальной температуры можно вычислить момент выброса лютеинизирующего гормона. День этого выброса, а также один день до и после него составляют самое благоприятное для зачатия окно. Мужчине нет необходимости воздерживаться от сексуального контакта с целью увеличить численность сперматозоидов. Исследования частоты половых контактов показали, что частые сексуальные отношения не оказывают существенного влияния на фертильность. Некоторые искусственные смазки могут быть токсичны для спермы .
Вредное влияние окружающей среды часто трудно отследить и определить. К типичным вредоносным факторам относятся гербициды, фунгициды, органические газы, радиация и растворители . Способность нарушать продукцию спермы была также обнаружена у ряда лекарств . Выраженное действие оказывают тестостерон, ДГЭА и другие андрогены, включая анаболические стероиды. Хотя эти соединения увеличивают выраженность вторичных мужских половых признаков, они напрямую участвую в подавлении секреции гонадотропина. В результате этого происходит снижение сперматогенеза.
Перегревание может влиять на показатели спермы. Яички естественным образом располагаются в более прохладной среде. Такое расположение способствует продукции спермы. Следует избегать источников тепла, включая узкие сиденья велосипедов, джакузи, а также работы в зоне с высокой температурой, длительных приёмов ванны и ношения тугого или стесняющего нижнего белья .
Пищевые добавки при окислительном стрессе и нарушении функции спермы
Для улучшения функции спермы мужчины могут принимать пищевые добавки. Было обнаружено, что эти препараты положительно влияют на функцию спермы, структуру ДНК и показатели анализа спермы. Применять можно различные микронутриенты.
Существуют безрецептурные препараты, подвергающиеся лишь незначительному регулированию со стороны многочисленных органов по контролю за продуктами питания и лекарствами. Микронутриенты могут способствовать снижению воспаления, ослаблению аутоиммунных процессов, улучшению промежуточного обмена, активации ядерно-цитоплазматического транспорта и восстановлению целостности мембран сперматозоидов. Наиболее эффективным и важным классом пищевых добавок являются антиоксиданты. Это обусловлено тем, что образование свободных радикалов при окислительном стрессе играет подтверждённую роль в нарушении функции спермы.
Метаболические антиоксиданты: витамины, минералы, аминокислоты, кофакторы
Ферментные системы организма участвуют в снижении окислительного стресса. Кроме того, разнообразные витамины, минералы, аминокислоты и кофакторы оказывают на мужскую фертильность не менее значимое влияние. Научные исследования дают количественную оценку роли этих веществ в патофизиологии мужской субфертильности и мужского бесплодия. Пероральный приём пищевых добавок может играть непосредственную роль в улучшении параметров спермы, восстановлении её функции и, в действительности, увеличении частоты наступления беременности у женщин-партнёров.
«Ортомолекулярная медицина» представляет собой применение пищевых добавок с целью сохранения здоровья и преодоления болезненных процессов. Её концепция состоит в том, что болезни могут возникать из-за недостатка микронутриентов. Следовательно, приём добавок может предотвратить заболевание или, при определённых обстоятельствах, его излечить. Термин был введён Лайнусом Полингом, дважды обладателем Нобелевской премии.
Использование пищевых добавок с целью улучшения функции спермы и восстановления мужской фертильности изучалось во многих исследованиях. Некоторые из них имели ограничения в виде недостаточного числа участников, непостоянных критериев включения в исследование, неподходящей группы контроля или неопределённых результатов. Другие не были рандомизированными или проводились без плацебо-контроля, с использованием различных препаратов. Анализ Кохрейна, в котором эти ограничения были учтены, показал, что приём пищевых добавок улучшает параметры репродуктивной функции у мужчин .
Витамины играют важную роль в антиоксидантных системах организма. Витамины являются органическими соединениями; однако не все органические соединения являются витаминами. В сущности, витамины не синтезируются в количествах, достаточных для нормального функционирования организма. Например, витамин С не синтезируется в организме человека. А у большинства млекопитающих, способных его синтезировать, он не является витамином. Таким образом, особенностью витаминов является то, что их приём с пищей обязателен.
Витамин А получают из каротиноидов, обнаруживаемых в жёлтых, красных и оранжевых овощах. Каротиноиды в пищеварительном тракте превращаются в ретинал, который затем преобразуется в ретинол, основной компонент витамина. Он является антиоксидантом и участвует в регуляции роста эпителиальных клеток. Функции витамина А в мужской половой системе заключаются в стабилизации мембран сперматозоидов, участии в регуляции сперматогенеза и увеличении подвижности сперматозоидов .
Витамины группы В составляют самую обширную группу отдельных витаминов. Они выполняют роль кофакторов, участвующих в работе ферментов. Они способствуют переносу метильных, метиленовых и формильных групп в клетку. Такие витамины группы В, как фолиевая кислота, незаменимы для синтеза ДНК и, следовательно, способствуют усилению сперматогенеза и увеличению стабильности сперматозоидов, снижая фрагментацию ДНК. При низких уровнях фолиевой кислоты наблюдается снижение численности и подвижности сперматозоидов . Пиридоксин, витамин В6, оказывает синергичное действие в процессе метаболизации избыточного гомоцистеина.
Витамин С является наиболее важным водорастворимым антиоксидантом в организме человека. Как правило, высокие уровни витамина С коррелируют с улучшением подвижности сперматозоидов . Содержание витамина С в сперме, в действительности, в 10 раз превышает таковое в плазме. Он защищает ДНК сперматозоидов от повреждения свободными радикалами . Уже более десяти лет исследования демонстрируют способность витамина С увеличивать численность сперматозоидов, наряду с улучшением других параметров анализа спермы, включая подвижность и морфологию.
Витамин D является не просто витамином. Он обладает гормоноподобным действием и влияет на рост клеток, дифференцировку ткани и метаболизм минеральных веществ. Он оказывает положительный эффект на функцию мышц и укрепляет иммунную систему. Была обнаружена связь между развитием некоторых видов рака и недостаточностью витамина D. Витамин D важен для осуществления нормальных репродуктивных процессов у мужчин . Мужчины с нормальными уровнями витамина D, по результатам анализов, имели более высокую подвижность сперматозоидов, по сравнению с мужчинами, страдавшими дефицитом этого витамина .
Витамин Е является основным жирорастворимым витамином в организме человека. Учитывая, что мембрана сперматозоидов состоит из липидов, витамин Е играет ключевую роль в снижении перекисного окисления липидов под действием АФК . В некотором смысле, витамин С и витамин Е действуют в тандеме, улучшая функцию спермы. Витамин С является основным водорастворимым антиоксидантом, а витамин Е – главным жирорастворимым антиоксидантом . Исследования, проведённые у мужчин с низкими показателями оплодотворения in vitro, показали значительные улучшение после приёма добавок с витамином Е в течение 3 месяцев . Пероральный приём витамина вызывает заметное увеличение подвижности сперматозоидов за счёт снижения перекисного окисления липидов . Кроме того, имеются данные о росте общей частоты наступления беременности при приёме добавок с витамином Е .
Минералы и кофакторы
Селен является микроэлементом, способным снижать окислительный стресс. В его отсутствии процесс сперматогенеза нарушается за счёт атрофии сперматогенного эпителия. Патологические изменения сперматозоида, по-видимому, преимущественно локализуются в средней части и головке клетки. Селен необходим для созревания сперматозоидов и нормального развития яичек . Было показано, что приём добавок с селеном способствует увеличению подвижности сперматозоидов и снижению их повреждения свободными радикалами.
Цинк – ещё один микроэлемент, необходимый для формирования сперматозоидов, влияющий на их подвижность, а также метаболизм тестостерона. Он входит в состав более чем 200 ферментов, участвующих в делении клетки, синтезе белков и метаболизме нуклеиновых кислот. Его уровни в сперме коррелируют с качеством сперматозоидов . Имеются чёткие указания на способность добавок с цинком вызывать увеличение численности и подвижности сперматозоидов, а также уровней тестостерона .
Коэнзим Q10 обрёл большую популярность в неспециализированной прессе, преимущественно вследствие того наблюдения, что его показатели снижаются у пациентов, принимающих статины. Он является антиоксидантом, играющим ключевую роль в переносе энергетических субстратов и продукции энергии в клетке. В небольших количествах он содержится в некоторых продуктах питания. Максимальные уровни коэнзима обнаруживаются у человека до 20 лет, после чего начинают с возрастом снижаться. Серьёзные исследования показали, что Ко-Q10 способен улучшать все три параметра анализа спермы: концентрацию, подвижность и морфологию . В некоторых случаях для увеличения подвижности сперматозоидов требуется не менее шести месяцев приёма добавок .
Бетаин гидрохлорид или триметилглицерин, является важным кофактором и может выступать в качестве донора метильных групп. Следовательно, он способен оказывать влияние практически на любую клетку в организме человека. Он играет важную роль в репродуктивной функции. Бетаин гидрохлорид способствует увеличению процента подвижных сперматозоидов после процедур замораживания-оттаивания. При добавлении к питательной среде он благотворно влияет на развитие эмбриона in vitro. Транспорт бетаина активируется при оплодотворении. Перенос метильных групп способствует синтезу мелатонина, нейротрансмиттеров, таких как допамин и серотонин, а также коэнзима Q10.
Аминокислоты
Глутатион представляет собой трипептид. Он является одним из наиболее мощных антиоксидантов в организме человека. Его антиоксидантное действие заключается в восполнении тиольных групп, подвергшихся секвестрации под действием окислительного стресса . Глутатион стабилизирует среднюю часть сперматозоида и защищает мембрану клетки от перекисного окисления липидов . Даже у мужчин с варикоцеле при приёме добавки с глутатионом может отмечаться значительное улучшение параметров спермы.
L-карнитин , производное аминокислоты, одна из самых первых и самых эффективных пищевых добавок, использовавшихся у мужчин с изменениями в показателях спермы. Помимо того, что он играет важную роль в переносе энергии и энергетическом метаболизме, в частности, осуществляет транспорт жиров, которые затем расщепляются с выделением энергии, не вызывает сомнений тот факт, что карнитин также обладает антиоксидантными свойствами. В целом, значительные дозы карнитина способны повышать подвижность сперматозоидов, преимущественно обеспечивая увеличение энергии клеток . Ацетилкарнитин часто может быть полезен в качестве вспомогательного средства, улучшающего относительный метаболизм и биодоступность этих веществ.
L-метионин является серосодержащей незаменимой аминокислотой, активизирующей образование белка. За счёт своих промежуточных производных, он выступает в роли донора метильных групп, а также стимулятора синтеза карнитина. Он способствует синтезу фосфатидилхолина и других фосфолипидов, важных для поддержания целостности мембраны сперматозоида. При сравнении с контрольной группой, было обнаружено, что он предотвращает развитие нарушений акросомальной реакции и способствует сохранению целостности мембраны сперматозоида.
L-аргинин является очень важной аминокислотой. Он играет ключевую роль в профилактике сердечно-сосудистых событий. Он является предшественником оксида азота, сильнодействующего гормона, синтезирующегося локально и вызывающего расширение сосудов, улучшение циркуляции и, до некоторой степени, акросомальных реакций. Кроме того, аргинин обладает иммуномодулирующим действием, заключающимся в уменьшении воспалительного ответа и потенциальном снижении миграции лимфоцитов и цитокинов.
Лечении с использованием основной добавки для улучшения качества спермы (BSS – basic sperm supplement)
Некоторые микронутриенты при индивидуальном назначении в супрафизиологических дозах способны улучшать функцию спермы. Логично, что когда этот эффект был обнаружен, стали разрабатываться комбинированные добавки, обеспечивающие синергетические эффекты . Эти добавки способствуют поддержанию и улучшению показателей спермы, а также мужской фертильности в целом. Многокомпонентные препараты избавляют от необходимости принимать несколько разных таблеток и капсул.
Основные добавки для улучшения качества спермы представляют собой препараты, в состав которых входит ограниченное число витаминов, минералов и ферментов. Было показано, что они способны улучшать показатели спермы. Обычно основная добавка для улучшения качества спермы имеет в составе два витамина, три кофактора и три аминокислоты. Содержание их варьирует, однако, часто сравнимо с тем количеством, которое использовалось в исследованиях, подтверждающих эффективность добавки.
Научные исследования применения основных добавок для улучшения качества спермы показали положительные результаты. Было проанализировано 17 исследований, в которых приняло участие 665 мужчин, страдающих бесплодием, принимавших либо пероральные антиоксиданты, либо плацебо. Улучшение качества спермы наблюдалось в 14 из 17 исследований. Подвижность сперматозоидов увеличилась на 17%, а концентрация спермы – на 33% . В шести исследованиях отмечалось увеличение частоты наступления беременности. Также наблюдалось положительное влияние на целостность структуры ДНК и общие показатели окислительного стресса спермы . Наиболее значимой работой является обзор Кохрейна, в котором были проанализированы случаи 2867 пар, участвовавших в 34 исследованиях . Было обнаружено статистически значимое увеличение частоты наступления беременности и рождения живых детей у субфертильных пар.
Добавки также могут быть полезны пациентам, прибегающим к вспомогательным репродуктивным технологиям. В одном исследовании оценивалась эффективность добавки с антиоксидантами в улучшении функции спермы у пациентов, планирующих прибегнуть к ЭКО. Забор анализов производился исходно и через 12 месяцев, перед применением вспомогательных репродуктивных технологий. Образцы спермы были получены от 147 пациентов. Результаты анализа показали резкое увеличение показателей подвижности и общей численности сперматозоидов у пациентов с олигоастенотератозооспермией (ОАТ). Добавки с антиоксидантами оказывают выраженный положительный эффект у пациентов, планирующих ЭКО и имеющих изменения в показателях спермы.
Положительное влияние на сперматозоиды может оказать добавление антиоксидантов в питательную среду в процессе проведения ЭКО. Было показано, что эта процедура снижает окислительный стресс, возникающий вследствие физических манипуляций со сперматозоидами или криоконсервирования. Применение антиоксидантов может предотвратить повреждение хроматина спермы. Степень окислительного стресса в образцах спермы обратно пропорциональная частоте оплодотворения после ЭКО . Поэтому, добавление антиоксидантов к питательной среде может стать полезным приёмом .
Результаты применения запатентованной оптимизированной добавки для улучшения качества спермы (Optimized Sperm Supplement (OSS))
Оптимизированная добавка для улучшения качества спермы под названием Proceptin MX разрабатывалась для мужчин с нарушением репродуктивной функции и изменениями в показателях спермы. Это запатентованный препарат, представляющий собой нутрицевтик направленного действия. В его состав входят жиро- и водорастворимые антиоксиданты, аминокислоты и метаболические кофакторы. Целью его создания было обеспечение физиологической поддержки мужской репродуктивной функции (таблица). Эффективность этого препарата при снижении показателей наступления беременности и мужской субфертильности была оценена в научном исследовании.
В качестве контрольной группы выступали сами пациенты. Результаты, полученные после приёма OSS, сравнивались с исходными данными. В исследование вошли две группы пациентов: 1) мужчины с высокими индексами фрагментации ДНК (DFI), превышающими 30% и 2) мужчины, имеющие в анализе спермы хотя бы один измененный параметр. В группе 1 проводилось ретроспективное исследование, а в группе 2 – проспективное. В первую группу вошли 45 мужчин, а во вторую – 62. Все участники имели субфертильность неустановленной этиологии или необъяснимые изменения показателей анализа спермы. Все мужчины, у которых причины нарушения репродуктивной функции были очевидны, исключались из исследования.
В качестве референтных значений использовались нормы Всемирной организации здравоохранения. Для точного определения морфологии применялась оценка Крюгера.
Для выявления поверхностных антител использовался прямой иммуногранулотест. В качестве маркёра повреждения ДНК сперматозоида использовался индекс фрагментации ДНК (DFI), определявшийся при помощи анализа структуры хроматина сперматозоидов (SCSA - sperm chromatin structure assay).
Доза препарата составляла 1 капсулу в день при умеренных изменениях спермы и 2 капсулы – при более выраженных отклонениях от нормы. Лечение продолжалось не менее 3 месяцев. Такая продолжительность была выбрана исходя из длительности цикла сперматогенеза, периода, приблизительно равного 100 дням, требующимся для завершения этого процесса.
Результаты первой группы:
Результаты были весьма показательными. За 90 дней произошло улучшение показателя DFI на 10.2%. При последующем наблюдении было обнаружено увеличение численности сперматозоидов на 70% и подвижности – на 85%.
Во второй группе были получены следующие результаты:
1) Средний возраст составлял 38.0 лет.
2) Концентрация спермы выросла с 22.4 миллионов на мл до 38.3 миллионов на мл, что соответствует увеличению на 71%.
3) Подвижность сперматозоидов выросла с 32% до 46%, что соответствует увеличению на 43.8%.
4) Объём эякулята вырос с 2.6 мл до 4.3 мл, что соответствует увеличению на 39.5%.
5) Значимых изменений в результатах иммуногранулотеста не наблюдалось.
6) Показатели морфологии сперматозоидов выросли с 31.2% до 43.4% по критериям ВОЗ и с 6.1% до 8.6% по точным критериям Крюгера. Эти результаты не достигают статистической значимости, однако, была обнаружена закономерная связь между приёмом OSS и улучшением морфологии.
7) Клиническая беременность была диагностирована в 37% случаев, проходивших ЭКО.
8) Клиническая беременность была диагностирована в 18% случаев, в которых вспомогательные репродуктивные технологии не применялись.
Оценка результатов
Наблюдалась значимая корреляция между показателями выбранных биомаркёров в образцах спермы и приёмом добавок с микронутриентами. Полученные результаты подтверждают эффективность OSS в улучшении параметров анализа спермы и сокращении фрагментации ДНК.
Выводы
Мужская субфертильность, бесплодие и отклонение показателей спермы от нормы – довольно распространённые явления. Окислительный стресс, как было обнаружено, является значимым причинным фактором в нарушении функции спермы.
Было показано, что препарат, содержащий оптимизированные добавки для улучшения качества спермы, оказывает значимый эффект на репродуктивную функцию мужчины. При его применении наблюдалось улучшение функции спермы и снижение окислительного повреждения ДНК. Более того, клиническое исследование показало значительное улучшение показателей спермы и общей репродуктивной функции.
Использование пищевых добавок является логичным направлением в лечении, наряду с изменением диеты, образа жизни и условий внешней среды. Они не имеют побочных эффектов и противопоказаний. Комплаентность пациентов увеличивается благодаря тому, что все микронутриенты заключены в одну капсулу.
Целью разработки оптимизированной добавки для улучшения качества спермы является максимальное улучшение её функции. Приём оптимизированной добавки следует рекомендовать всем мужчинам с изменениями в показателях спермы или бесплодием неясной этиологии. Также имеет смысл использовать пищевые добавки в тех случаях, когда бесплодие предполагается у женщины. Это объясняется тем, что даже при нормальных показателях анализа спермы, в ней могут иметься невыявленные дефекты, такие как фрагментация ДНК.
Приём пищевых добавок необходимо продолжать не менее трёх месяцев, а предпочтительнее – вплоть до наступления беременности у женщины-партнёра. Оценка изменений в анализе спермы также предоставляет уникальную возможность проанализировать состояние здоровья мужчины в целом.
Продолжающие поступать клинические данные подтверждают выводы о том, что всем мужчинам, в том числе и не страдающим субфертильностью, следует принимать оптимизированную добавку для улучшения качества спермы. Такой подход позволит улучшить не только параметры репродуктивности, но и общие показатели наступления беременности и рождаемости. Для оптимизации данных по общей эффективности пищевых добавок для улучшения качества спермы требуется проведение продолжительных исследований.
Семенная жидкость мужчин, больше известная как сперма, в медицине носит название эякулят. Это природная жидкость, выделяемая семенниками, имеющая характерную слизистую структуру, вязкая и непрозрачная.
Выделение эякулята происходит вследствие сексуального возбуждения при половой близости или мастурбации. Эякулят отличается специфическим запахом, похожим на аромат каштана, светлый, почти белый цвет.
Вкус жидкости зависит от продуктов, употребляемых мужчиной, и общего состояния его здоровья. У здоровых представителей мужского пола она имеет слегка соленый вкус с горьковатым оттенком. Как и любая жидкость человеческого тела, эякулят может быть исследован в лабораторных условиях для оценки состояния здоровья пациента.
Анализ эякулята проводится двумя способами: бактериологический посев и спермограмма.
Основные характеристики спермы
При половом акте или мастурбации выделяется небольшое количество семенной жидкости, объем которой зависит от нескольких факторов. Согласно медицинским нормам, он должен находиться в пределах от двух до десяти миллилитров.
Однако у взрослых мужчин количество спермы может быть меньше, снижается ее объем и с каждым половым актом, следующим с непродолжительными временными перерывами. Поэтому врачи чаще ориентируются на границы нормы от двух до пяти миллилитров.
Очень часто представители сильного пола принимают снижение количества выделяемой спермы за тревожный признак, свидетельствующий об ухудшении мужской силы и здоровья. В молодом возрасте мужчины полагают, что чем больше спермы выделяется при семяизвержении, тем больший эффект он производит на сексуальную партнершу.
На самом деле, количество выделяемого эякулята и его качество – две совершенно разные вещи. Не всегда большой объем спермы является показателем ее высокой фертильности. А ведь главное в эякуляте – это количество здоровых и активных сперматозоидов, способных достичь яйцеклетки и оплодотворить ее.
Такая оплодотворяющая способность спермы рассчитывается в лабораторных условиях. Согласно исследованиям, в 1 миллилитре спермы должно находиться от 20 до 25 миллионов здоровых сперматозоидов.
Сам эякулят состоит из семенной плазмы и форменных элементов. К последним относятся не только сперматозоиды, но и гоноциты. Семенная плазма – это основа спермы, отвечающая за ее правильную структуру. Выделяется она в том случаем, если все внутренние мужские органы работают правильно и слаженно. Оценить, насколько семенная жидкость здорова, можно, лишь проведя лабораторные анализы.
Посев эякулята и спермограмма назначаются пациентам в следующих случаях.
- Бесплодие. Этот диагноз ставится семейным парам, которые в течение года активной половой жизни не смогли самостоятельно зачать ребенка.
- В качестве обследования перед проведением процедуры экстракорпорального оплодотворения.
- При подозрении на возможную утрату свойств спермы вследствие перенесенных заболеваний или травм половых органов (инфекционные заболевания, гормональный дисбаланс, варикоцеле и т. д.).
- В качестве профилактического обследования по желанию пациента.
- Исследование эякулята входит в состав обязательных диагностик при планировании зачатия малыша семейной парой.
Однако основная задача данного исследования – это определение причины, мешающей мужчине стать отцом, то есть бесплодия. Помогает исследование эякулята выяснить и причины снижения объема выделяемой жидкости, уменьшения количества активных сперматозоидов.
Определят данные анализы возможные воспаления и инфекции, поразившие пациента, что поможет начать не только лечение бесплодия, но и других недугов, а также увеличить количество активных спермиев.
Бакпосев семенной жидкости – одна из наиболее часто выполняемых диагностик, назначаемых для исследования мужского здоровья. Диагноз «бесплодие» все чаще ставится вполне здоровым молодым людям, которые на другие аспекты здоровья не жалуются. Что же приводит к развитию данного недуга?
В первую очередь, это вина самого пациента. Нездоровый образ жизни, вредные привычки, неправильное питание, - все это приводит к гормональному дисбалансу организма, в результате которого снижается количество здоровых сперматозоидов и их активность.
Неразборчивость в половых связях, пренебрежение правилами контрацепции и, как следствие, заболевания половой системы, также влияют на возможность мужчины зачать ребенка.
К этим факторам можно добавить плохую экологическую обстановку, постоянные стрессы и высокое психоэмоциональное напряжение, отсутствие минимальных физических нагрузок, вредные рабочие условия.
Благодаря анализам, врач сможет установить точную причину того, почему не происходит зачатие природным путем, а также назначит лечение, которое устранит данные факторы, повысит качество спермы и восстановит природные функции мужского здоровья. Обычно такое лечение включает ряд мероприятий: прием медикаментов, физиотерапевтические процедуры, изменение образа жизни.
Задача бактериологического посева – определить причины, по которым не происходит зачатие, выявить возможные воспаления, инфекционные болезни и другие дисфункции репродуктивных систем пациента.
Бактериологический посев эякулята и спермограмма
При проведении данного исследования можно выявить вредные микроорганизмы, присутствующие в эякуляте, а также выяснить чувствительность патогенной микрофлоры к определенным видам антибиотических препаратов.
Бактерии и инфекции, присутствующие в семенной жидкости, могут стать причинами изменения структуры эякулята, то есть изменения его вязкости.
Такое явление носит название вискозипатия. Причины ее появления: простатит, варикоцеле, орхит, воспалительные процессы в мочеполовых органах мужчины. Нередки случаи, когда врач не может установить точную причину данных изменений, тогда диагноз звучит как «идиопатическая вискозипатия».
Для уточнения диагноза совместно с бакпосевом проводится и спермограмма, которая подтверждает или опровергает «синдром вязкой спермы». При данном явлении, в организме возникают нарушения работы внутренних половых органов, в результате чего процессы, ответственные за разжижение семенной жидкости, протекают неправильно.
Если эякулят слишком вязкий, плотный, то спермии не могут двигаться в нем свободно, скорость их движения снижается, они становятся неспособными достичь маточных труб и более восприимчивыми к воздействию окружающих факторов, среды влагалища и матки.
Заметить такие нарушения без клинических исследований невозможно, так как объем спермы может оставаться прежним, а вот оплодотворительная способность– очень низкой. В норме вязкость эякулята не должна быть выше двух сантиметров. Превышение становится основанием для постановки диагноза «вискозипатия».
При проведении спермограммы учитываются такие данные семенной жидкости и параметры, как и при других обследованиях, а также некоторые дополнительные характеристики: качество спермиев, наличие или отсутствие эритроцитов (в норме их быть не должно), наличие или отсутствие слизистых форм жидкости, а также биохимические параметры.
Когда назначается бактериологический посев
Бакпосев спермы проводится параллельно с изучением характеристик простатического секрета. Назначаются эти процедуры всем пациентам, у которых врач подозревает наличие воспалительного процесса.
Обследование необходимо для того, чтобы выявить инфекционные заболевания и назначить лечение, способное остановить данные процессы и не допустить их переход в острые или хронические стадии.
В ходе исследования выявляются патогенные микроорганизмы, способные спровоцировать недуги в сфере урологии или вызвать венерические заболевания. Это одно из высокочувствительных исследований, необходимое не только для выбора тактики медикаментозной терапии, но и для контроля проводимого лечения.
Нативный эякулят и активные формы кислорода
Один из новейших методов исследования семенной жидкости – изучение нативных (чистых, необработанных) сперматозоидов. Такая методика позволяет изучить эякулят на субклеточном уровне, в результате чего определяются различные аномальные явления, присутствующие в клетках сперматозоидов.
Для изучения берутся «живые» спермии, излучающиеся под микроскопом, который позволяет их увеличить в 15 тысяч раз.
Чтобы провести исследование правильно, семенную жидкость лучше всего сдавать непосредственно в самой клинике, где будут проводиться исследования. С момента сбора до момента начала лабораторной диагностики должно пройти не более одного часа. Еще одно требование перед сдачей данного анализа – полный половой покой за несколько дней до посещения лаборатории.
Как и при других исследованиях, данный анализ изучает как самих сперматозоидов, так и семенной секрет. Эти параметры должны соответствовать здоровым нормам. Так, щелочной баланс должен быть в пределах от 7,2 до 7,8 рН, объем жидкости – не менее двух мл. Количество сперматозоидов в 1 мл – не менее 20 млн., причем не менее 50% из них должны иметь поступательное движение.
Общий объем клеток с нормальным морфологическим строением не должен быть менее трети от всего количества.
Неактивные и поврежденные сперматозоиды не должны составлять более половины объема полученной семенной жидкости. В случае, если хотя бы один из данных параметров нарушен, можно говорить о мужском бесплодии.
Бывают ситуации, когда в нативном эякуляте наблюдается избыточная продукция активных форм кислорода (АФК). АФК являются основными причинами окислительных процессов в семенной жидкости. Причинами такого явления могут быть болезни половой системы, аутоиммунные расстройства организма, воздействия окружающей среды.
Также продукция АФК увеличивается с возрастом пациента, при хронических недугах эндокринной системы, при тяжелых физических нагрузках. Все это влияет на объем спермиев в эякуляте, а отсутствие их необходимого количества ведет к бесплодию.
Как подготовиться к сдаче анализа
Чтобы провести обследование правильно и получить максимально точные результаты, следует ответственно подготовиться к сдаче эякулята. Сбор его проводится только в специальные стерильные одноразовые контейнеры, которые выдаются в клинике, проводящей подобные анализы.
Запрещено использовать для сбора любую стеклянную тару из-под пищевых продуктов, презервативы, пластиковые пакеты и т. д.
Очень важно отметить на контейнере не только дату, когда был собран эякулят, но и точное время. От этого будет зависеть точность некоторых показателей, изучаемых в процессе диагностики. Для проведения анализа стоит отдать предпочтение клинике, рекомендованной лечащим врачом.
Как только эякулят собран, его следует немедленно отвезти в лабораторию. Нежелательно хранить собранный биоматериал. Но если такой возможности нет, контейнер не нужно ставить в холодильник.
Оптимальная температура хранения – от 20 до 40 градусов. Отсутствие должных условий хранения может привести к появлению ложных результатов. Также за несколько дней до проведения анализа стоит отказаться от интимных отношений.
Результаты анализов обычно получают в течение суток с момента сдачи биоматериала в лабораторию. Полученный бланк с личными данными, основными параметрами, нормами и изученными показателями выдается на руки пациенту.
Расшифровку полученных данных проводит только лечащий врач, который дал направление на проведение диагностики. Он же устанавливает окончательный диагноз и назначает лечебную терапию. Иногда кроме врача-репродуктолога, может потребоваться консультация и других специалистов: уролога, венеролога, хирурга, эндокринолога.
По результатам проведенных лабораторных исследований врач установит точную причину бесплодия и назначит лечение, призванное увеличить количество активных и здоровых спермиев в семенной жидкости. Но кроме приема медицинских препаратов и различных физиопроцедур, лечение должно включать в себя и другие параметры.
Увеличить качество спермы поможет соблюдение здорового образа жизни. Отказ от спиртных напитков и сигарет помогает улучшить результаты анализов в самое короткое время.
Эякулят станет более качественным, если в жизнь пациента войдут даже минимальные физические нагрузки: утренняя зарядка, прогулки, отказ от лифта и т. д.
Если есть возможность посещать фитнес-центры, стоит отдать предпочтение тренировкам, которые не приведут к чрезмерному перегреву организма. Это может быть плавание, йога, упражнения на растяжку.
Увеличить количество активных сперматозоидов способны и перерывы в работе, если она связана с длительным сидением на одном месте. Регулярные перерывы каждый час, при которых пациент сможет встать и походить по комнате, позволят не только дать отдых глазам, но и улучшить кровообращение в тазу, что напрямую влияет на состояние мужского здоровья.
Если встать возможности нет, можно выполнить несколько упражнений сидя.
Важно правильно и регулярно питаться, отказаться от перекусов, особенно вредной едой. Чтобы эякулят был более качественный, основу рациона должны составлять белковые и растительные продукты, а также рыба и кисломолочные напитки. Питаться нужно регулярно, часто и небольшими порциями.
Стоит избегать излишних стрессов и эмоциональных перенапряжений, которые также напрямую влияют на состояние мужского здоровья.
Увеличить объем сперматозоидов поможет отказ от посещения мест, в которых наблюдается повышение температурного режима: баня, пляж. Нижнее белье, особенно в летний период, должно быть только из натуральных тканей.
Синтетика увеличивает температуру тела в паху, что снижает качество спермы.
Такие простые меры помогут дополнить лечение, назначенное лечащим специалистом, в более короткие сроки улучшить результаты анализов и быстрее зачать долгожданного малыша.
Врач сексопатолог-андролог 1 категории. Глава Херсонского отделения Украинской ассоциации планирования семьи.
