В последние годы интенсивно обсуждается проблема, связанная с ухудшением качества сперматозоидов, которое отражает весь комплекс предшествующих нарушений в репродуктивной системе. Наиболее частым патологическим признаком, выявляемым при исследовании эякулята рутинными методами, является астенозооспермия – нарушение подвижности сперматозоидов. Причины, вызывающие астенозооспермию многообразны. Снижение подвижности сперматозоидов могут быть часто связаны с ультраструктурными нарушениями жгутика, которые можно обнаружить методом электронной микроскопии сперматозоидов (ЭМИС).
Цель работы: изучить наиболее типичные патологические изменения сперматозоидов, в том числе на ультраструктурном уровне, которые могли вызвать нарушение их подвижности. Задачи включали в себя выявление внутриклеточных изменений, путем сопоставления данных световой и электронной микроскопии.
Материал и методы. Для исследования были забраны эякуляты, полученные после 3-х дневного воздержания механическим методом у 74 мужчин в возрасте от 25 до 42 лет, направленных из Городского перинатального центра и состоящих в бесплодном браке. Набор материала проводился слепым методом и одновременно направлялся на рутинное исследование (спермограмма) и на ЭМИС. Для ЭМИС эякулят фиксировали в 2,5% растворе глютаральдегида, с последующей дофиксацией в 1% растворе 4-х окиси осмия. Затем образец проводили в спиртах в возрастающей концентрации и полимеризовали при температуре 60 градусов. Ультратонкие срезы получали на ультратоме Leica EM UC6, контрастировали цитратом свинца и исследовали в электронном микроскопе Morgagni 268.
Результаты исследования. Исследуемая группа объединила в себе 41 мужчин, у которых морфология сперматозоидов, физико-химические свойства эякулята были в пределах нормы, рекомендуемой ВОЗ, но выявлялись нарушения подвижности сперматозоидов, разной степени выраженности. В группу сравнения вошли 33 человека от общего числа обследованных с нормозооспермией, а в основной массе клеток по данным ЭМИС не встречались какие-либо ультраструктурные изменения.
У 28 человек из обследованной группы выявлялось снижение или нарушение подвижности сперматозоидов всех категорий подвижности, но недостаточное количество сперматозоидов категорий «А» и «В». ЭМИС показало, что хроматин головок сперматозоидов данной подгруппы был зрелый, гиалиноподобный, акрсома четкая, ровная, занимала большую площадь головки. Встречались сперматозоиды с гранулярным хроматином, волнистой акросомой с расширением, в отдельных случаях, постакросомальной зоны. У 18 человек структуры шейки сперматозоидов были сохранны. У 6 человек в сперматозоидах структуры шейки были нечеткими и хорошо просматривались отдельные элементы шейки — базальная пластинка или сегментированные столбики. У 4 человек отмечалось увеличение количества сперматозоидов с крупной цитоплазматической каплей, содержащей гиперплазированную ядерную мембрану. Аксонемы во всех случаях содержали все ультраструктурные компоненты. Митохондрии во всех случаях были гипертрофированы в разной степени, отмечалась нечеткость и деструкция крист, во многих случаях была нарушена спиральная упаковка митохондрий. Выявлялись сперматозоиды с закрученным жгутиком, заключенным в цитоплазматическую каплю. У 13 человек преобладали сперматозоиды в основном, категории «В», «С» и «D». По результатам световой микроскопии распределение по категориям подвижности незначительно отличалось от такового в предыдущей группе. Отличия были выявлены на ультраструктурном уровне. По данным ЭМИС хроматин головок был зрелый, гомогенный, акросома четкая, ровная, занимает большую площадь головки, но выявлялись сперматозоиды с грубогранулярным хроматином, нечеткой акросомой. Было обнаружено, что у преобладающего числа сперматозоидов, определяется крупная цитоплазматическая капля, занимающая часть головки, средний отдел жгутика, и содержащая гиперплазированную ядерную мембрану. Ультраструктура аксонемы не была изменена. Митохондрии у небольшого количества клеток выглядели несколько набухшими. У основной массы сперматозоидов митохондрии имели нормальное строение и спиральное расположение вокруг аксонемы.
Обсуждение результатов. Более тяжелые нарушения подвижности сперматозоидов встречались, когда патологические изменения затрагивали митохондрии, либо когда патологические изменения митохондрий сочеталась с гиперплазией ядерной мембраны. Обычно отмечалась гипертрофия митохондрий, но могла быть их разноразмерность или уплотнение, уменьшение в размерах. К патологическим изменениям митохондрий относятся также нарушение двуконтурности мембран, деструкция крист, гомогенизация матрикса, в тяжелых случаях — просветление и опустошение митохондрий, смещение митохондрий относительно друг друга. Из полученных данных было видно, что наиболее уязвимыми и подверженными патологическим изменениям органеллами являются митохондрии, а остальные ультраструктуры достаточно стабильны. Различные митохондриальные изменения проявляются во всех группах с астенозооспермией, но с разной частотой возникновения.
Отмечено, что с увеличением степени повреждения митохондрий снижается также жизнеспособность сперматозоидов. С нарастанием выраженности астенозооспермии от группы к группе, возрастает частота встречаемости сперматозоидов с зернистым хроматином, хотя количество зрелых головок во всех случаях остается преобладающим. Логично было бы предположить, что, используя метод ЭМИС, можно выявить большее количество ультраструктурных изменений, приводящих к астенозооспермии. В исследуемых эякулятах лишь в 1 случае были выявлены множественные ультраструктурные дефекты (грубогранулярный хроматин, отсутствие акросомы, уменьшение количества митохондрий, их нетипичное положение, гомогенизация митохондриального матрикса, нечеткость мембран и крист митохондрий, отсутствие центральной пары дуплетов в аксонеме и неупорядоченность фибрилл фиброзного слоя), которые привели к некрозооспермии. Возможно, такая совокупность изменений ультраструктур сперматозоидов обусловлена генетически. При соотношении 1:100, видно, что патологические измененя аксонемы — не самая распространенная причина астенозооспермии. При световой микроскопии патологическое изменение головок сперматозоидов служит основанием для заключения «тератозооспермия», так как именно в головках сперматозоидов была видна вакуолизация, гиперхромия ядер, нечеткость акросомы. Закрученные жгутики также хорошо диагностируются. Патологические изменения шейки определялась лишь при наличии грубых дефектов – крупная цитоплазматическая капля, резко утолщенная шейка, гетероаксильность. В результате ЭМИС выявлено, что наиболее часто встречались изменения шейки за счет локализации в ней гиперплазированной ядерной мембраны, а в световом микроскопе эти дефекты не были видны. Напротив, в случаях, когда при световой микроскопии выявлялось большое количество патологических головок, обусловленных гиперхромией ядер, при ЭМИС отмечалась зрелость хроматина. В 1 случае с помощью метода ЭМИС удалось опровергнуть тератозооспермию, т.к. на ультраструктурном уровне не было выявлено патологических изменений.
Случаи, когда при световой микроскопии патологических изменений не выявлялось, при ЭМИС наблюдались довольно частые ультраструктурные изменения: гиперплазированная ядерная мембрана, дупликация или гипоплазия акросомы. Как видно из данных литературы, воздействие повреждающих факторов на зрелый сперматозоид приводит, обычно, к патологическому изменению митохондрий. Это подтверждается и полученными в ходе исследования результатами. Следовательно, в каждом случае необходим индивидуальный подход при постановке диагноза, который должен основываться не только на показателях количества, подвижности и морфологии сперматозоидов, но и должен учитываться уровень окислительного и антиоксидантного статуса, функциональных проб, что позволяет комплексно оценить оплодотворяющий потенциал сперматозоидов конкретного пациента. Таким образом, можно полагать, что выявляемые при ЭМИС патологические изменения митохондрий, гиперплазия ядерной мембраны являются наиболее частыми и существенными причинами астенозооспермии.
Выводы.
1. При нарушении подвижности сперматозоидов нарастает количество сперматозоидов с изменениями митохондрий. При наличии сохранных митохондрий нарушение подвижности сперматозоидов, вероятно, обусловлено гиперплазией ядерной мембраны.
2. Астенозооспермия носит более тяжелый характер при повреждении митохондрий, чем при наличии гиперплазированных ядерных мембран.
3. Самыми стабильными являются ультраструктуры аксонемы и головок сперматозоидов, а нестабильными являются митохондрии.
4. Методику ЭМИС можно рекомендовать как дополнитедьный метод диагностики нарушений в мужской репродуктивной системе.
Авторы: Ультраструктурная патология сперматозоидов при астенозооспермии. Пичугова С.В., Тулакина Л.Г., Фалеев К.П. Клейн А.В., Бейкин Я.Б. МБУ «Клинико-диагностический центр», г. Екатеринбург, Россия. Институт иммунологии и физиологии УрО РАН, г. Екатеринбург, Россия МБУ «Детская городская больница № 10 – Городской перинатальный центр», г. Екатеринбург, Россия 2012г.
