Úloha zinku v procese reprodukcie
Mgr. Pavel Svitok
RNDr. Miriama Molčanová
MUDr. Iveta Stenová, PhD.
MUDr. Peter Harbulák, PhD.
Súč Klin Pr 2016; 2: 33–35.
Súhrn
V súčasnosti sa takmer na polovici prípadov neplodnosti páru podieľa mužský faktor. Medzi známe príčiny mužskej neplodnosti patrí nesprávny životný štýl, stres a znečistené životné prostredie. Zinok má nezastupiteľnú úlohu v procese reprodukcie. Spoluzodpovedá za vývoj a správnu funkciu pohlavných orgánov, produkciu testosterónu a spermiogenézu. Ďalej chráni spermie a ich DNA pred poškodením oxidačným stresom a znižuje imunitnú odpoveď organizmu proti spermiám. Viaceré štúdie dokázali výrazné zlepšenie kvality spermií u mužov, ktorých strava obsahovala väčšie množstvá zinku. Pozoroval sa priaznivý vplyv na celkový počet motilných spermií, lepšiu pohyblivosť a lepšiu morfológiu spermií.
Klúčové slová
neplodnosť – andrologický faktor – zinok
Summary
The role of zinc in the reproduction process. At present, in nearly half of all couple infertility cases the male factor plays a part. The known causes of male infertility mostly include poor lifestyle, stress and polluted environment. Zinc plays an irreplaceable role in the process of reproduction. It is necessary for the proper function and development of genitals, sperm production and testosterone synthesis. It also protects the sperm and its DNA from damage caused by oxidative stress and reduces the body’s immune response against sperm. A number of studies report significant improvement of sperm quality in men taking larger amounts of zinc in their diet. A beneficial effect has been observed on the total count of motile sperm, improved motility and morphology.
Keywords
infertility – andrological factor – zinc
ÚVOD
Neplodnosť predstavuje závažný medicínsky problém v modernej spoločnosti. Mužský faktor sa podieľa takmer na polovici prípadov neplodnosti párov [1,2]. Zhoršenie kvantity a kvality spermií je najčastejšie dôsledkom nesprávneho životného štýlu, obezity, fajčenia, nadmerného príjmu alkoholu a pod. [3].
Základnou diagnostickou metódou na posúdenie mužskej plodnosti je spermiogram. Referenčné hodnoty pre normálne parametre (normozoospermiu) a jednotlivé odchýlky od normy stanovila WHO pri doteraz poslednej revízii v roku 2010. Za normozoospermiu sa považuje vzorka, v ktorej celkový počet spermií dosahuje aspoň 39 miliónov, resp. koncentrácia spermií je minimálne 15 miliónov na 1 ml ejakulátu, podiel pohyblivých spermií je aspoň 40 %, pričom podiel spermií s progresívnym pohybom je vyšší ako 32 % a podiel patologických spermií nepresahuje 96 % [4].
Klasifikácia odchýlok od referenčných hodnôt závisí od zmeny v konkrétnom parametri. Odchýlky sú: oligozoospermia (znížený počet spermií), astenozoospermia (znížená pohyblivosť spermií), teratozoospermia (vyššie percento patologických, resp. morfologicky nesprávnych spermií), leukocytozoospermia (prítomnosť leukocytov v ejakuláte) a azoospermia (ejakulát bez spermií) [4].
ZINOK V ĽUDSKOM ORGANIZME
Zinok je druhým najčastejším stopovým prvkom v ľudskom organizme. Nachádza sa v každej bunke tela. Je súčasťou viac ako 200 enzýmov, ktoré sa zúčastňujú na väčšine dôležitých metabolických procesov v organizme [5]. Pri jeho deficiencii sa pozorovali významné poruchy gastrointestinálneho traktu, centrálnej nervovej sústavy, imunity, pohybového a reprodukčného systému [6]. Preto je optimálny príjem zinku nevyhnutný pre správnu funkciu organizmu. Najlepšími prírodnými zdrojmi sú morské živočíchy, červené mäso a celozrnné potraviny [7,8].
ÚLOHA ZINKU V SPERMIOGENÉZE
Vzhľadom na vysokú koncentráciu zinku v reprodukčných orgánoch sa venuje veľká pozornosť štúdiu jeho úlohy v procese spermiogenézy. Aktívne sa podieľa na dozrievaní spermatozoí a ochrane zárodočného epitelu [9]. Vo viacerých štúdiách sa potvrdila pozitívna korelácia medzi koncentráciou zinku a hladinou testosterónu [10,11]. V pečeni sa zinok podieľa na metabolizme steroidných hormónov a syntéze ich receptorov [12].
DEFICIT ZINKU A PLODNOSŤ
Zinok má esenciálnu úlohu vo vývoji pohlavných orgánov. Dôsledkom deficitu zinku môže byť gonadálna dysfunkcia, atrofia semenotvorných kanálikov, dysplázia pohlavných žliaz a pokles hmotnosti semenníkov [13]. Na základe pozorovania denného príjmu zinku v potrave sa dokázal výrazný pokles celkového počtu spermií a ich pohyblivosti u mužov, ktorí trpeli jeho deficienciou [14]. Podobne sa u pacientov s oligozoospermiou alebo azoospermiou pozoroval pokles koncentrácie zinku v krvi a v seminálnej plazme [11,15]. Parametre kvality aj kvantity spermií sa ďalej výrazne zhoršujú, ak je nízka hladina zinku spojená napríklad s chronickým nikotinizmom [16].
Znížená kvalita spermií v dôsledku nedostatočného príjmu zinku nie je nezvratný proces. Aj keď chronická deplécia zinku vedie väčšinou k oligozoospermii, jeho opätovná suplementácia v odporúčaných denných dávkach normalizuje parametre spermio- gramu [17].
OXIDAČNÝ STRES
Jednou z najčastejších príčin poškodenia spermií je zvýšený oxidačný stres. Dokázalo sa, že reaktívne formy kyslíka (ROS) sú veľmi častou príčinou zníženej fertility u mužov [18]. ROS majú za následok poškodenie bunkových membrán, enzymatických systémov, proteínov a často majú za následok aktiváciu programovanej bunkovej smrti, apoptózy [19].
Zinok má významné antioxidačné účinky, pričom sa pozorovalo výrazné zlepšenie parametrov kvality, ako aj kvantity spermií v dôsledku jeho suplementácie [18,20]. Navyše užívanie antioxidantov u pacientov, ktorí podstúpili asistovanú reprodukciu zvýšilo pravdepodobnosť dosiahnutia gravidity a tiež nádej na narodenie zdravého potomka [21].
FRAGMENTÁCIA DNA V SPERMIÁCH
Ďalším negatívnym faktorom, ktorý znižuje fertilizačnú schopnosť spermií, je poškodená (fragmentovaná) DNA v spermiách. Najčastejším dôvodom takéhoto poškodenia je práve zvýšený oxidačný stres [22], ale dochádza k nemu aj v dôsledku pôsobenia environmentálnych stresorov, génových mutácií, alebo chromozómových abnormalít [23]. Fragmentovaná DNA môže okrem zníženia fertilizačnej schopnosti spermií narušiť aj vývoj embrya a znamenať vyššie riziko potratu a vrodených vývojových chýb u potomstva [24].
Zinok je dôležitou súčasťou viacerých bunkových organel, ktoré sa podieľajú na tvorbe a uchovávaní genetickej informácie, ako sú jadro, jadierko a chromozómy. Zároveň sa zúčastňuje na tvorbe a stabilizácii natívnej štruktúry DNA, RNA a ribozómov. V neposlednom rade je súčasťou enzýmov, ktoré zabezpečujú replikáciu DNA [25]. V spermiách sa podieľa na kondenzácii a stabilizácii chromatínu, akrozómovej reakcii a výmene kyslíka [26]. Okrem priaznivého účinku suplementácie zinku na zníženie oxidačného stresu sa experimentálne potvrdilo aj zvýšenie kvality spermií a integrity ich membrán, pokles fragmentácie DNA a ochrana spermií pred iniciáciou apoptózy [18].
IMUNOLOGICKÝ FAKTOR
Plodnosť muža relatívne často znižuje imunologický faktor. Haploidné spermie predstavujú pre organizmus cudzie bunky, a preto sa pred nimi imunitný systém intenzívne chráni. Spermatídy uložené v semenotvorných kanálikoch sú oddelené od krvného obehu hematotestikulárnou membránou. Niektoré patologické procesy môžu viesť k poškodeniu tejto membrány, čo má za následok zvýšenie koncentrácie protilátok v spermatickej tekutine [27]. Tie zhoršujú pohyblivosť spermií a znižujú ich schopnosť oplodniť oocyt [28]. Zároveň sa u pacientov s patologickým spermiogramom pozorovala negatívna korelácia medzi koncentráciou zinku v seminálnej plazme a množstvom bielych krviniek [29].
Zinok sa považuje za dôležitý protizápalový faktor. Vysoké dávky zinku dokážu potlačiť rast niektorých patogénov urogenitálneho traktu, napríklad E. coli [30], trichomonas vaginalis [31]. Zároveň jeho suplementácia znižuje produkciu veľkého množstva prozápalových cytokínov [32]. Zvýšený príjem zinku vedie tiež k poklesu koncentrácie protilátok proti spermiám [18].
DÁVKOVANIE A BIOLOGICKÁ DOSTUPNOSŤ
Spermiogenéza trvá u zdravého jedinca približne 72 dní. Preto sa na dosiahnutie zlepšenia výsledkov odporúča užívať zinkové suplementy minimálne tri mesiace. Zinok bol najčastejšie podávaný vo forme sulfátu, v dávkach 66 – 440 mg (zodpovedá 15 – 50 mg Zn) na deň, v dĺžke trvania 3 – 6 mesiacov [18,33,34]. Pri orálnom podávaní je absorpcia jednotlivých foriem zinku v gastrointestinálnom trakte rôzna [35]. Naviazanie zinku na kyselinu orotovú ako dihydrát zinkumorotátu významne uľahčuje jeho vstrebávanie [8] a predstavuje vhodný zdroj v prípade suplementačnej liečby.
ZÁVER
Optimálny príjem zinku je nevyhnutný pre procesy, ktoré zabezpečujú vývoj a správnu funkciu pohlavných buniek. Suplementácia zinku aj nad hladinu nevyhnutnú pre procesy spermiogenézy ďalej zlepšuje kvalitatívne a kvantitatívne parametre spermií. Tento efekt možno pozorovať u mužov s normozoospermiou a tiež u mužov s odchýlkami spermiogramu [18,20,33,36]. Liečivá obsahujúce ľahko vstrebateľný zinok je vhodné odporúčať každému páru, ktorý sa usiluje o počatie dieťaťa.
Literatúra
1. Barbara B. Men contribute to and suffer from infertility. Family Health International 2003; 23: 17–20.
2. Brugh VM, Lipshultz LI. Male factor infertility: evaluation and management. Med Clin North Am 2004; 88 (2): 367–385.
3. Skakkebaek NE, Rajpert-De Mentys E, Buck Louis GM et al. Male reproductive disorders and fertility trends: Influences of environment and genetic susceptibility. Physiol Rev 2016; 96 (1): 55–97. doi: 10.1152/physrev.00017.2015.
4. Cooper TG, Noonan E, von Eckardstein S et al. World Health Organization reference values for human semen charakteristics. Hum Reprod Update 2010; 16 (3) 231–245. doi: 10.1093/humupd/dmp048.
5. MacDonald RS. The role of zinc in growth and cell proliferation. J Nutr 2000; 130 (Suppl 5S): 1500S–1508S.
6. Roohani N, Hurrell R, Kelishadi R et al. Zinc and its importance for human health: An integrative review. J Res Med Sci 2013; 18 (2): 144–157.
7. Bilandžić N, Sedak M, Dokić M et al. Determination of zinc concentrations in foods of animal origin, fish and shellfish from Croatia and assessment of their contribution to dietary intake. J Food Comp Anal 2014; 35 (2): 61–66. doi: 10.1016/j.jfca.2014.04.006.
8. Mináriková D, Minárik P, Foltán V. Zinok a prechladnutie – hodnotenie poradenstva metódou „mystery customer“. Súč Klin Pr 2015; 2: 26–31.
9. Cheah Y, Yang W. Functions of essential nutrition for high quality spermatogenesis. Advances in Bioscience and Biotechnology 2011; 2: 182–197. doi: 10.4236/abb.2011.24029.
10. Hunt CD, Johnson PE, Herbel J et al. Effect of dietary zinc depletion on seminal volume and zinc loss, serum testosterone concentrations, and sperm morphology in young men. Am J Clin Nutr 1992; 56 (1): 148–157.
11. Ali H, Baig M, Rana MF et al. Relationship of serum and seminal plasma zinc levels and serum testosterone in oligospermic and azoospermic infertile men. J Coll Physicians Surg Pak 2005; 15 (11): 671–673.
12. Om AS, Chung KW. Dietary zinc deficiency alters 5 alpha-reduction and aromatization of testosterone and androgen and estrogen receptors in rat liver. J Nutr 1996; 126 (4): 842–848.
13. Bedwal RS, Bahuguna A. Zinc, copper and selenium in reproduction. Experientia 1994; 50 (7): 626–640.
14. Nadjarzadeh A, Mehrsai A, Mostafavi E et al. The association between dietary antioxidant intake and semen quality in infertile men. Med J Islam Repub Iran 2013; 27 (4): 204–209.
15. Chia SE, Ong CN, Chua LH et al. Comparison of zinc concentrations in blood and seminal plasma and the various sperm parameters between fertile and infertile men. J Androl 2000; 21 (1): 53–57.
16. Liu RZ, Gao JC, Zhang HG et al. Seminal plasma zinc level may be associated with the effect of cigarette smoking on sperm parameters. J Int Med Res 2010; 38 (3): 923–928.
17. Abbasi AA, Prasad AS, Rabbani PR. Experimental zinc deficiency in man: effect on spermatogenesis. Trans Assoc Am Physicians 1979; 92: 292–302.
18. Omu AE, Al-Azemi MK, Kehinde EO et al. Indications of the mechanisms involved in improved sperm parameters by zinc therapy. Med Princ Pract 2008; 17 (2): 108–116. doi: 10.1159/000112963.
19. Agarwal A, Saleh RA, Bedaiwy MA. Role of reactive oxygen species in the pathophysiology of human reproduction. Fertil Steril 2003; 79 (4): 829–843.
20. Mora-Esteves C, Shin D. Nutrient supplementation: Improving male fertility fourfold. Semin Reprod Med 2013; 31 (4): 293–300. doi: 10.1055/s-0033-1345277.
21. Showell MG, Brown J, Clarke J et al. Antioxidants for female subfertility. Cochrane Database Syst Rev 2013; 8: CD007807. doi: 10.1002/14651858.CD007807.pub2.
22. Saleh RA, Agarwel A, Nada EA, et al. Negative effects of increased sperm DNA damage in relation to seminal exidative stress in men with idiopathic and male factor infertility. Fertil Steril 2003; 79 (Suppl 3): 1597–1605.
23. Schulte RT, Ohl DA, Sigman M et al. Sperm DNA damage in male infertility: etiologies, assays, and outcomes. J Assist Reprod Genet 2010; 27 (1): 3–12. doi: 10.1007/s10815-009-9359-x.
24. Lewis SE, John Aitken R, Conner SJ et al. The impact of sperm DNA damage in assisted conception and beyond: recent advances in diagnosis and treatment. Reprod Biomed Online 2013; 27 (4): 325–337. doi: 10.1016/j.rbmo.2013.06.014.
25. Wu FY, Wu CW. Zinc in DNA replication and transcription. Annu Rev Nutr 1987; 7: 251–272.
26. Ebisch IM, Thomas CMG, Peters WH et al. The importance of folate, zinc and antioxidants in the pathogenesis and prevention of subfertility. Hum Reprod Update 2007; 13 (2): 163–174.
27. Bohring C, Krause W. Immune infertility: towards a better understanding of sperm (auto) -immunity. The value of proteomic analysis. Hum Reprod 2003; 18 (5): 915–924.
28. Brincat D, Catania S, Wismayer PS et al. Male factors in ART outcome prediction. Gynecol Endocrinol 2015; 31 (3): 169–175. doi: 10.3109/0951 3590.2014.984678.
29. Ali H, Ahmed M, Baig M et al. Relationship of zinc concentrations in blood and seminal plasma with various semen parameters in infertile subjects. Pak J Med Sci 2007; 23 (1): 111–114.
30. Yao J, Liu Y, Liang HG et al. The effect of zinc (II) on the growth of E. coli studied by microcalorimetry. J Therm Anal Calorim 2005; 79: 39–43. Doi: 10.1007/s10973-004-0559-4.
31. Langley JG, Goldsmid JM, Davies N. Venereal trichomonalis: role of men. Genitourin Med 1987; 63 (4): 264–267.
32. Prasad AS. Zinc: an antioxidant and anti-inflammatory agent: role of zinc in degenerative disorders of aging. J Trace Elem Med Biol 2014; 28 (4): 364–371. doi: 10.1016/j.jtemb.2014.07.019.
33. Wong WY, Merkus HM, Thomas CM et al. Effects of folic acid and zinc sulfate on male factor subfertility: a double-blind, randomized placebo-controlled trial. Fertil Steril 2002; 77 (3): 491–498.
34. Hadwan MH, Almashhedy LA, Alsalman AR. Oral zinc supplementation restores superoxide radical scavengers to normal levels in spermatozoa of iraqi asthenospermic patients. Int J Vitam Nutr Res 2016; 85 (3–4): 165–173. doi: 10.1024/0300-9831/a000235.
35. Barrie SA, Wright JV, Pizzorno JE et al. Comparative absorption of zinc picolinate, zinc citrate and zinc gluconate in humans. Agents Actions 1987; 21 (1–2): 223–238.
36. Ebisch IM, Pierik FH, De Jong FH et al. Does folic acid and zinc sulphate intervention affect endocrine parameters and sperm characteristics in men? Int J Androl 2006; 29 (2): 339–345.
Mgr. Pavel Svitok
RNDr. Miriama Molčanová
MUDr. Iveta Stenová, PhD.
MUDr. Peter Harbulák, PhD.
GYN – FIV a. s., Centrum pre gynekológiu, urológiu a asistovanú reprodukciu, Bratislava
miriama.molcanova@gyn-fiv.sk