Contribution Hormonal and Metabolic Disorders in the Development of Asthenozoospermia

Pichugova S. V., Chereshnev V. A., Belyaeva S. V., Tulakina L. G., Klein, A. V., Beykin J. B.

Municipal independent institution “Clinical diagnostic centre”, Yekaterinburg, Russian Federation;
Institute of immunology and physiology of the Ural unit of the Russian Academy of Sciences,
Yekaterinburg, Russian Federation;

Abstract.

Male infertility is not only a serious medical and social problem of our time, but also a complex diagnostic challenge. Men generally have a greater morbidity and mortality, shorter life expectancies. This presupposes the existence of problems in men with reproductive health. Causes of male infertility are diverse and among them a special place is occupied by hormonal and metabolic disorders. Modern epidemiological studies show that the frequency of male infertility occurs against ‘non-infectious epidemic of the XXI century’ metabolic syndrome, obesity, type 2 diabetes. Against this background, there is a reduction in patients testosterone, the main hormone responsible for male reproductive function. Furthermore, dyslipidemia and hyperglycemia lead to the development of a systemic inflammatory process causes increased production of reactive oxygen species. In the case where the antioxidant protection becomes insufficient developing oxidative stress, which is described as the primary mechanism of damage spermatozoa. As you know, one of the most important factors is to preserve fertility sperm motility and viability, as one of the manifestations of damage should be considered аsthenozoospermia, changing quality and quantity of sperm.
The purpose of the study was to establish the contribution of hormonal-metabolic disturbances in the development of asthenozoospermia, morfo-functional changes of sperm on their background.

Keywords:

hormones, metabolic syndrome, asthenozoospermia, male infertility

REFERENCES
1. Dolgov V.V. Laboratornaja diagnostika muzhskogo besplodija / V.V. Dolgov, S.A. Lugovskaja, I.I. Mironova et al. — M.: Tver'; Triada, 2006. — 146 р.
2. Vivas A. G. Immune-testicular regulation and cytokines. A. G. Vivas, H. J. Lozano, J. Velasco. Invest Clin. — 2007. — Vol. 48, No1. — Р.107-121.
3. Nikitin A.I. Ischezajushhij pol? A.I. Nikitin. Morfologija. — 2003. — № 6.- P. 80-85.
4. Mital P. The blood-testis and blood-epididymis barriers are more than just their tight junctions. P. Mital, B.T. Hinton, J.M. Dufour. Biol Reprod. — 2011. — Vol. 84, No.5. — P. 851-858.
5. Lie P.P. Cytoskeletal dynamics and spermatogenesis. P.P. Lie, D.D. Mruk, W.M. Lee et al. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. — 2010. — Vol. 27, No 365. — P. 1581-1592.
6. Kopera I.A. Sertoli-germ cell junctions in the testis: a review of recent data/ I.A. Kopera, B. Bilinska, C.Y. Cheng et al. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. — 2010. — Vol. 27, No 365. — P. 1593-1605.
7. Ruwanpura S.M. Hormonal regulation of male germ cell development. S.M. Ruwanpura, R.I. McLachlan, S.J. Meachem. J. Endocrinol. — 2010. — Vol.205, No.2. — P. 117-131.
8. Lombardo F. Androgens and fertility. F. Lombardo, P. Sgrò, P. Salacone et al. J. Endocrinol. Invest. — 2005. — Vol.28, No.3. — P. 51-55.
9. Kitaev Je.M. Korotkaja shema stimuljacii spermatogeneza gonadotropinami v procedurah vspomogatel'noj reprodukcii. Je.M. Kitaev, A.I. Nikitin, A.A. Molchanov. Problemy reprodukcii. — 1999. — № 1. — P. 32- 34. 
10. Yang M.G. Sexual hormone levels in semen and germ cell apoptosis. M.G. Yang, Y. Yang, P. Huang et al. Zhonghua Nan Ke Xue. — 2006. — Vol.12, No.5. — P. 432-434.
11. Walker W.H. Non-classical actions of testosterone and spermatogenesis. W.H. Walker. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. Bio.l Sci. — 2010. — Vol. 27, No.365. — P. 1557-1569.
12. Simoni M. Role of FSH in male gonadal Function. M. Simoni, G.F. Weinbauer, J. Gromoll et al. Paris .: Ann Endocrinol. — 1999. — Vol.60, No.2. — P.102-106.
13. Gerhard I. Hormone load tests in infertile male patients. I. Gerhard, H.K. Lenhard, W. Eggert-Kruse et al. Arch. Androl. — 1991. — Vol.27, No.3. — P.129-147.
14. Ustinkina T.I. Obshhie voprosy jendokrinologii muzhskoj polovoj sistemy: strukturno-funkcional'naja organizacija, jetiopatogenez i osnovnye formy narushenija polovyh zhelez. T.I. Ustinkina. Problemy jendokrinologii. — 2007. — T.53, № 6. — P. 34-40. 15. Khan M.S. Simultaneous analysis of the three hormones involved in spermatogenesis and their interrelation ratios. M.S. Khan, I. Ali, F. Tahir et al.. Pak. J. Pharm. Sci. — 2008. — Vol.21, No.4. — P. 344-349.
16. Ramanujam L.N. Association of molecular variants of luteinizing hormone with male infertility. L.N. Ramanujam, W.X. Liao, A.C. Roy et al. Hum. Reprod. — 2000. — Vol.15, No.4. — P. 925-928.
17. Bolyakov A. Prolactin in men's health and disease. A. Bolyakov, D.A. Paduch. Curr. Opin. Urol. — 2011. — Vol.21, No.6. — P.527-534.
18. Aiman J. Serum and seminal plasma prolactin concentrations in men with normospermia, oligospermia, or azoospermia. J. Aiman, M. McAsey, L. Harms. Fertil. Steril. — 1988. — Jan. — Vol.49, No.1. — P. 33-37.
19. Gonzales G.F. Hypoprolactinemia as related to seminal quality and serum testosterone. G.F. Gonzales, G. Velasquez, M. Garcia-Hjarles. Arch. Androl. — 1989. — Vol.23, No.3. — P. 259-265.
20. Meeker J.D. Relationships between serum hormone levels and semen quality among men from an infertility clinic. J.D. Meeker, L. Godfrey-Bailey, R. Hauser. J. Androl. — 2007 — Vol.28, No.3. — P. 397-406.
21. Trummer H. Thyroid hormones and thyroid antibodies in infertile males. H. Trummer, S. Ramschak-Schwarzer, J. Haas. Fertil. Steril. — 2001. — Vol.76, No.2. — P.254-257.
22. Trummer H. Value of intensive thyroid assessment in male infertility. H. Trummer, S. Ramschak-Schwarzer, J. Haas et al. Acta. Med. Austriaca. — 2003. — Vol.30. — No. 4. — P. 103-104.
23. Meeker J.D. Serum concentrations of estradiol and free T4 are inversely correlated with sperm DNA damage in men from an infertility clinic. J.D. Meeker, N.P. Singh, R. Hauser. J. Androl. — 2008. — Vol.29, No. 4. — P. 379-388.
24. Buitrago J.M. Serum hormones and seminal parameters in males with thyroid disturbance. J.M. Buitrago, L.C. Diez. Andrologia. — 1987. — Vol.19, No.1. — P. 37-41.
25. Krassas G.E. Thyroid function and human reproductive health. G.E. Krassas, K. Poppe, D. Glinoer. Endocr. Rev. — 2010. — Vol. 31, No.5. — P. 702-755.
26. Wortsman J. Abnormal testicular function in men with primary hypothyroidism. J. Wortsman, W. Rosner, M.L. Dufau. Am. J. Med. — 1987. — Vol. 82. — No. 2. — P. 207-212.
27. Valenta L.J. A syndrome of functional hypogonadotropic hypogonadism and sterility in a male with elevated serum estradiol. L.J. Valenta. Fertil. Steril. — 1977. — Vol. 28, No.8. — P. 881-884.
28. Sevilla Ruiz A. Serum concentrations of estradiol and testosterone in patients with oligoasthenozoospermia and asthenozoospermia. A. Sevilla Ruiz, C. Moya Gordillo, G. Lili et al. Ginecol. Obstet. Mex. — 1991. — Vol.59. — P.313-315.
29. Hofny E.R. Semen parameters and profile in obese fertile and infertile males. E.R. Hofny, M.E. Ali, H.Z. Abdel-Hafez et al. Fertil. Steril. — 2010. — Vol.94, No.2. P. 581-584.
30. Ramírez-Torres M.A. High incidence of hyperestrogenemia and dyslipidemia in a group of infertile men. M.A. Ramírez-Torres, A. Carrera, M. Zambrana. Ginecol. Obstet. Mex. — 2000. — Vol.68. — P. 224-229.
31. Hargreave T.B. Estradiol and male Fertility. T.B. Hargreave, R.A. Elton, V.M. Sweeting et al. Fertil. Steril. — 1988. — Vol.49, No.5. P. 871-875.
32. Suhih G.T. Besplodnyj brak. Sovremennye podhody k diagnostike i lecheniju. G.T. Suhih, T.A. Nazarenko. — M.: GOJeTAR-Media, 2010. — 734 p. 
33. Han Y. Comparing expression of progesterone and estrogen receptors in testicular tissue from men with obstructive and nonobstructive azoospermia. Y. Han, H.L. Feng, J.I. Sandlow et al. J. Androl. — 2009. — Vol.30, No.2. — P.127-133.
34. Emiliozzi C. Effects of progesterone on human spermatozoa prepared for in-vitro fertilization. C. Emiliozzi, H. Cordonier, J.F. Guérin et al. Int. J. Androl. — 1996. — Vol.19, No.1. — P. 39-47.
35. Forti G. Effects of progesterone on human spermatozoa: clinical implications. G. Forti, E. Baldi, C. Krausz et al. Paris: Ann. Endocrinol. — 1999. — Vol.60, No.2. — P. 107-110.
36. Kotwicka M. Expression of progesterone membrane receptor in spermatozoa from normozoospermic and oligozoospermic men. M. Kotwicka, J.B. Warchoł. Folia Histochem. Cytobiol. — 2001. — Vol.39, No.2. — P.139-140.
37. Pusch H.H. Serum progesterone patterns in male Subfertility. H.H. Pusch, W. Hönigl, J. Haas et al. Andrologia. — 1985. — Vol. 17, No.4. — P. 359-363.
38. Ramírez-Torres M.A. High incidence of hyperestrogenemia and dyslipidemia in a group of infertile men. M.A. Ramírez-Torres, A. Carrera, M. Zambrana. Ginecol. Obstet. Mex. — 2000. — Vol.68. — P. 224-229.
39. Gorbachinsky I. Metabolic syndrome and urologic diseases. I. Gorbachinsky, H. Akpinar, D.G. Assimos. Rev Urol. — 2010. — Vol .12, No 4. — P. 157-180.
40. Alberti G. Introduction to the metabolic syndrome. G. Alberti. Eur Heart J. — 2005. — 7(Suppl D): D3-5.
41. Huang P.L. A comprehensive definition for metabolic syndrome. P.L. Huang. Dis Model Mech. — 2009. — Vol. 2, No 5-6. — P.231-237.
42. Padrón R.S. Lipidsand testicular function. R.S. Padrón, J. Más, R. Zamora et al. Int. Urol. Nephrol. — 1989. — Vol. 21, No.5. — P. 515-519.
43. Perez-Crespo M. Scrotal heat stress effects on sperm viability, sperm DNA integrity, and the offspring sex ratio in mice. M. Perez-Crespo, B. Pintado, A. Gutierrez-Adan. Mol Reprod Dev. — 2008. — Vol.75, No 1. — P.40-47.
44. Kasturi S. The metabolic syndrome and male infertility. S. Kasturi, J. Tannir, R.F. Brannigan J. Androl. — 2008. — Vol. 29, No.3. — P. 251-259.
45. Tjuzikov I.A. Metabolicheskij sindrom i muzhskoe besplodie. I.A. Tjuzikov. Andrologija i genital'naja hirurgija. — 2013. — № 2. — P. 5-10.
46. Garrido N. Relationship among standard semen parameters, glutathione peroxidase. glutathione reductase activity, and mRNA expression and reduced glutathione content in ejaculated spermatozoa from fertile and infertile men. N. Garrido, M. Meseguer, J. Alvarez et al. Fertil Steril. — 2004. — Vol.8. (Suppl 3). — P.1059-1066.
47. Sarkar O. Impact of inflammation on male Fertility. O. Sarkar, J. Bahrainwala, S. Chandrasekaran et al. Front Biosci (Elite Ed). — 2011. — No 3. — P. 89-95.
48. Schaffer J.E. Lipotoxicity: when tissues overeat. J.E. Schaffer. Curr Opin Lipidol. — 2003. — Vol.14, No 3. — P. 281-287.
49. Weinberg J.M. Lipotoxicity. J.M. Weinberg Kidney Int. — 2006. — Vol.70, No 9. — P.1560-1566.
50. Erdemir F. The Effect of Diet Induced Obesity on Testicular Tissue and Serum Oxidative Stress Parameters. F. Erdemir, D. Atilgan, F. Markoc et al. Actas. Urol. Esp. — 2011. — Vol.10, No. 4. — P. 3987-3991.
51. Ouvrier A. Dietary cholesterol-induced post-testicular infertility. A. Ouvrier, G. Alves, C. Damon-Soubeyrand et al. PLoS. One. — 2011. — Vol.6. — No.11.
52. Srikanthan P. Relative muscle mass is inversely associated with insulin resistance and prediabetes. P. Srikanthan, A.S. Karlamangla. Findings from the third National Health ahd Nutrition Examination Survey. J Clin Endocrinol Metab. — 2011. — Vol.96, No 9. — P. 2898-2903.
53. La Vignera S. Diabetes mellitus and sperm Parameters. S. La Vignera, R. Condorelli, E. Vicari et al. J Androl. — 2012. — Vol.33, No 2. — P.145-153.
54. Kasturi S. The metabolic syndrome and male infertility. S. Kasturi, J. Tannir, R.F. Brannigan J. Androl. — 2008. — Vol. 29, No.3. — P. 251-259.
55. Amaral S. Diabetes and the impairment of reproductive function: possible role of mitochondria and reactive oxygen species. S. Amaral, P.J. Oliveira, J. Ramalho-Santos. Curr. Diabetes. Rev. — 2008. — Vol.4, No.1. — P. 46-54.
56. Simons K. Cholesterol, lipid rafts and disease. K. Simons, R. Ehehalt. J. Clin. Invest. — 2002. — Vol.110, No.5. — P. 597-603.
57. Sheriff D.S. Perspective on plasma membrane cholesterol efflux and spermatozoal function. D.S. Sheriff, E.F. Ali. J. Hum. Reprod. Sci. — 2010. — Vol.3, No.2. — P. 68-75.
58. Buffone M.G. Capacitation-associated changes in membrane fluidity in asthenozoospermic human spermatozoa. M.G. Buffone, G.F. Doncel, J.C. Calamera et al. Int. J. Androl. — 2009. — Vol.32, No.4. — P. 360-375.
59. Fajzullin L.Z. Rol' polimorfizma gena aromatazy (CY19) v razvitii besplodija u muzhchin s ozhireniem. L.Z. Fajzullin, O.H. Tazhetdinov, V.N. Karnauhov i dr. Akusherstvo i ginekologija. — 2013. — № 10. — P. 76-80.
60. Laaksonen D.E. Sex hormones, inflammation and the metabolic syndrome: a population-based study. D.E. Laaksonen, L. Niskanen, K. Punnonen et al. Eur J Endocrinol. – 2003. — Vol.149, No 6. — P. 601-608.
61. Kalyani R.R., Dobs A.S. Androgen deficiency, diabetes and the metabolic syndrome in men. R.R. Kalyani, A.S. Dobs. Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes. — 2007. — Vol.14, No 3. — P. 226-234.
62. Ergün A. Correlation of seminal parameters with serum lipid profile and sex hormones. A. Ergün, S.K. Köse, K. Aydos et al. Arch. Androl. — 2007. — Vol.53, No.1. — P.21-23.
63. Aitken R.J. Relative Impact of Oxidative Stress on the Functional Competence and Genomic Integrity of Human Spermatozoa. R.J. Aitken, E. Gordon, D. Harkiss et al. Biology of Reproduction. — 1998. — Vol.11. — P.1037-1046.
64. Potts J.M. Association of Ureaplasma urealyticum with abnormal reactive oxygen species levels and absence of leukocytospermia. J.M. Potts, R. Sharma, F. Pasqualotto et al. J. Urol. — 2000. — Vol.163, No.6. — P.1775-1778.
65. Segnini A. Chlamydia trachomatis and sperm lipid peroxidation in infertile men. A. Segnini, M.I. Camejo, F. Proverbio. Asian J. Androl. — 2003. — Vol.5, No.1. — P.47-49.
66. El-Taieb M.A. Oxidative stress and epididymal sperm transport, motility and morphological defects. M.A. El-Taieb, R. Herwig, E.A. Nada et al. Eur. J. Obstet. Gynecol. Reprod. Biol. — 2009. — Vol.144, No.1. — P. 199-203.
67. Hurtado de Catalfo G.E. Oxidative stress biomarkers and hormonal profile inhuman patients undergoing varicocelectomy. G.E. Hurtado de Catalfo, A. Ranieri-Casilla, F.A. Marra et al. Int. J. Androl. — 2007. — Vol.30,No. 6. — P. 519-530.
68. Pons-Rejraji H. Role of reactive oxygen species (ROS) on human spermatozoa and male infertility. H. Pons-Rejraji, B. Sion, F. Saez et al. Gynecol. Obstet. Fertil. — 2009. — Jun. — Vol.37, No.6. — P. 529-535.
69. Moskovtsev S.I. Frequency and severity of sperm DNA damage in patients with confirmed cases of Male infertility of different aetiologies. S.I. Moskovtsev, J.B. Mullen, I. Lecker et al. Reprod. Biomed. Online. — 2010. — Vol.20, No. 6. — P. 759-763.
70. Fariello R.M. Effect of leukocytospermia and processing by discontinuous density gradient on sperm nuclear DNA fragmentation and mitochondrial activity. R.M. Fariello, P.T. Del Giudice, D.M. Spaine et al. J. Assist. Reprod. Genet. — 2009. — Vol. 26, No.2-3. — P. 151-157.
71. Kumar R. Oxidative stress and sperm mitochondrial DNA mutation in idiopathic oligoasthenozoospermic men. R. Kumar, S. Venkatesh, M. Kumar et al. Indian J. Biochem. Biophys. — 2009. — Vol.46, No. 2. — P. 172-177.
72. Venkatesh S. Role of reactive oxygen species in the pathogenesis of mitochondrial DNA (mtDNA) mutations in male infertility. S. Venkatesh, M. Deecaraman, R. Kumar et al. Indian J. Med. Res. — 2009. — Vol.129, No. 2. — P. 127-137.
73. Lee M.J. Integration of hormonal and nutrient signals that regulate leptin synthesis and secretion. M.J. Lee, S.K. Fried. Am J Physiol Endocrinol Metab. — 2009. — Vol.296, No 6. — P. 1230-1238.
74. Kapoor D. The effect of testosterone replacement therapy on adipocytokines and C-reactive protein in hypogonadal men with type 2 diabetes. D. Kapoor, S. Clarke, R. Stanworth et al. Eur J Endocrinol. — 2007. — Vol.165, No 5. — P.595-602.

Authors
Pichugova Svetlana V. 
Municipal independent institution “Clinical diagnostic centre”, Yekaterinburg, Russian Federation;
Institute of immunology and physiology of the Ural unit of the Russian Academy of Sciences, Yekaterinburg, Russian Federation
Chereshnev Valerij A. 
Institute of immunology and physiology of the Ural unit of the Russian Academy of Sciences, Yekaterinburg, Russian Federation
Beljaeva Svetlana V. 
Municipal independent institution “Clinical diagnostic centre”, Yekaterinburg, Russian Federation
Tulakina Ljudmila G. 
Municipal independent institution “Clinical diagnostic centre”, Yekaterinburg, Russian Federation

Klejn Aleksej V. 
Municipal independent institution “Clinical diagnostic centre”, Yekaterinburg, Russian Federation
Bejkin Jakov B. 
Municipal independent institution “Clinical diagnostic centre”, Yekaterinburg, Russian Federation;
Institute of immunology and physiology of the Ural unit of the Russian Academy of Sciences, Yekaterinburg, Russian Federation
38, Dekabristov St., Yekaterinburg, Russian Federation, 620142
ekb-lem@mail.ru