cAMP sperm fonksiyonlarının düzenlenmesinde anahtar role sahiptir. Sperm motilitesinin invitro şartlarda uyarılmasının esası da hücre içi cAMP seviyesini arttırarak sperm fonksiyonlarının uyarılmasına dayanmaktadır. Stimülasyonun bir diğer sonucu ise spermatozoanın sitoplazması içinde kalsiyum düzeylerinde uygun dengenin sağlanmasıdır. Çünkü sitozolik kalsiyum hem flagellumun kıvrılmasında hem de kapasitasyon ve hiperaktivasyonda önemli bir aracıdır.
İnsanda spermatozoa fonksiyonlarının invitro stimülasyonu için bu güne kadar çok sayıda madde tanımlanmıştır: serum (Makler A. Fertil Steril 1984; 41: 428), periton sıvısı (Soldati G. Fertil Steril 1989; 52: 113), insan follikül sıvısı (Mendoza C. Fertil Steril 1990; 54: 1134), prostazomlar (Fabiani R. Hum Reprod 1994; 9: 1485), enzimler (kallikrein, kinin) (Sato H. Fertil Steril 1987; 47: 684), platelet aktive edici faktör (Ricker DD. Fertil Steril 1989; 52: 655), kreatin fosfat (Fakih H. Fertil Steril 1986; 46: 938), kalsiyum iyonofor A23187 (Pilikian S. Int J Androl 1991; 14: 167), kalsiyum şelatörleri (Hong CY. Lancet 1984; i: 460), hyalüronik asit (Huazar G. Fertil Steril 1990; 54: 1127), glikozaminoglikanlar (Hamamah S. Reprod Nutr Dev 1996; 36: 43), siklik nukleotid analogları (Hammitt DG. Fertil Steril 1989; 52: 495) ve adenozin analogları (Imoedemhe DAG. Int J Fertil 1993; 38: 235) gibi. Bunlar arasında en çok kafein, pentoksifilin, teofilin gibi metilksantin grubu ile 3-isobutiyl-1-metilksantin (IBMX) üzerinde durulmuştur.
Biyolojik stimülanlar
İnsan Follikül Sıvısı (HFS)
HFS’nın sperm kapasitasyonu ve motilitesi üzerine pozitif etkileri birçok çalışmada ortaya konmuştur. IVF sırasında kültür ortamına HFS’nin eklenmesi oosit penetrasyonunu ve fertilizasyon oranlarını arttırır. HFS’nın spermatozoanın hiperaktivasyonunu arttırdığı da bilinmektedir. Percoll ile hazırlanmış spermin HFS ile 2 saat gibi kısa süreli inkübe edilmesi ileri motiliteyi ve hiperaktivasyonu anlamlı derecede arttırmaktadır.
HFS içerisinde albumin, glikozaminoglikanlar ve progesteron gibi sperm motilitesi ve akrozom reaksiyonunu uyarıcı etkisi olan çok sayıda madde bulunmaktadır. Progesteronun, spesifik membran reseptörleri aracılığıyla klor kanallarını açmak suretiyle kalsiyumun hücre içine girişini arttırarak kapasitasyon ve akrozom reaksiyonunu uyarıcı etkisi vardır. Progesteron sperm kalitesini arttırmak amacıyla sperm hazırlama mediumları içinde kullanılmaktadır.
Protazomlar (protasomes)
Seminal plazmada sperm motilitesi üzerine yararlı olanları yanısıra, zararlı bazı maddeler de bulunmaktadır. Prostattan gelen ve protazom adı verilen bazı faktörlerin sperm motilitesi üzerine pozitif etkileri bulunur. Sperm hazırlama solüsyonu içerisine prostazomların ilave edilmeleri, motil spermatozoa oranını artırırken, lateral baş hareketleri ve hiperaktivasyon evresindeki sperm sayısı üzerine de uyarıcı etkilerde bulunur. Hiç ileri hareketi bulunmayan sperm örneklerinde bile prostazomların pozitif etkileri bildirilmektedir.
Prostazomlar multilameller veziküllerdir. Spesifik ve karekteristik bir lipid kompozisyonları vardır. Yüksek bir kolesterol ve kolesterol/fosfolipid (X2) oranı içerir. Sfingomiyelin esas fosfolipid komponentidir (%50). Membran yapılarında ATPaz’lar gibi hem kalsiyum hem de magnezyum bağımlı enzimler bulunur. Protein kinaz ve fosfolipaz A2 aktiviteleri de vardır. Prostazom vezikülleri kalsiyum ve GDP’den zengindirler.
Spermatozoa ile ya direkt olarak bir füzyon yaparak ya da çevresindeki ortam vasıtasıyla etkileşimde bulunurlar. Yüksek ısıda bile veya ultrasonik faktörler ile sperm motilitesi üzerine olan olumlu etkileri önlenememektedir. Buda etkisini bir enzim sistemiyle yapmadığını ortaya koymaktadır. Zaten spermler proatazomlarla füzyon yaptıklarında sperm plazma membranının fluditesi de azalmaktadır.
Ayrıca bunların peroksidasyona karşı koruyucu etkileri de bildirilmiştir. Bunu membran yapılarında bulunan lipidlerle başarmaktadır. Bu lipidler semeni kontamine eden lökositlerden açığa çıkan serbest oksijen radikalleri için koruyucu etkiye sahiptirler.
Bütün bunlar göstermektedir ki, protazomlar koruyucu ve motilite-uyarıcı doğal maddelerdir. Bu özellikleri ile üremeye yardımcı tekniklerde astenozoosperminin düzeltilmesinde kullanılabilirler.
Etkileri doz ve zaman bağımlıdır. Glükoz, adenin ve magnezyumun eklenmesi, etkisini uzatır ve arttırır. Protazomların yıkanmış spermlerin hareketini arttırıcı etkileri çeşitli çalışmalarda gösterilmiştir.
Glikozaminoglikanlar (GAG)
Sığır ve insan follikül sıvısından izole edilen GAG’lar, spermde akrozom reaksiyonunun uyarılması ve motilitesinin korunmasında kullanılmışlardır. Protein bir çekirdeğe bağlanmış disakkarid ünitelerinden meydana gelmiş proteoglikan yapısında maddelerdir.
Folliküler sıvıda bulunan proteoglikanlar arasında en sık rastlanılan GAG kondroitin-sülfatlardır. Daha az miktarda hyalüronik asit bulunur. İnsan follikül sıvısında bulunan bir kondroitin-sülfatın sperm motilitesini düzeltici özelliği bulunduğu anlaşılmıştır. Hyalüronik asidin de sperm kapasitesini arttırıcı ve motilitesini koruyucu özellikleri bulunmaktadır. Spermatozoa üzerinde hyaluronan reseptörleri tanımlanmıştır.
Spermatozoa, içinde kondroitinaz ve hyalüronidaz bulunan %20’lik HFF ile inkübe edilirse, motilitesinde belirgin bozulma ortaya çıkar. Arkasından 2 saat süreyle kondroitin ve hyalüronik asit ile muamele edilirse motilite ve hiperaktivasyon yüzdeleri anlamlı olarak yükselir (Hamamah S. Reprod Nutr Dev 1996; 36: 43).
Farmakolojik stimülanlar
Sperm motilitesi esasen hücre içi cAMP düzeyi ve çeşitli proteinlerin fosforilizasyonu vasıtasıyla kontrol edilmektedir. Sperm motilitesinin kontrolünde cAMP üretimi, fosfodiesteraz aktivitesi, protein kinazlar ve fosfatazlar arasında gerek flagellar proteinler gerekse hücre metabolizması ile ilişkili olarak çok hassas bir denge bulunmaktadır. Spermatozoanın oositle fertilize olacağı ampullar bölgeye kadar ilerleyeceği genital kanallar içerisinde, farklı fizyolojik motilite dönemleri geçirir ve bu dönemlerin kontrolü de işte bu maddeler sayesinde gerçekleşmektedir.
Spermin motilitesini ve fertilizasyon kabiliyetini düzeltmek amacıyla, hücre içi ikinci mesajcı sistemler üzerine etkili bir çok farmakolojik ilaç invitro olarak denenmiştir.
Metilksantinler
Kafein, pentoksifilin gibi fosfodiesteraz inhibitörleri laboratuvarda semene eklendiklerinde, hücre içi cAMP düzeyini, glikozisi ve ATP yapımını arttırmaktadırlar. Bu maddeler motil sperm oranını yükseltmekte ve aynı zamanda canlı ama nonmotil spermatozoalarda motiliteyi de başlatmaktadırlar. Bunların dondurulup-çözünmüş sperm motilitesini uyardığı da gösterilmiştir.
Pentoksifilinin 2-deoksiadenozin ile kombine edilmesinin etkinliği daha da arttırdığı gözlenmiştir.
Metilksantinlerin invitro kullanımıyla ilgili çok sayıda çalışma bildirilmiş olmakla birlikte, genel kanı bu maddelerin bireysel etki gösterdiği ve farklı sonuçlar verdiğidir (Lanzafame F. Hum Reprod 1994; 9: 192; Merino G. Arch Androl 1997; 39: 65). Sonuçlar üzerine etkili en önemli faktörler ilacın konsantrasyonu ve inkübasyon süreleridir.
Kafein için medium içindeki konsantrasyonlar semende 0.03-7.5 mM, Percoll’de 0.003-17 mM, yıkama solüsyonunda 0.1-3, pellette 3 mM olarak kullanılmıştır. İnkübasyon süreleri ise 15dk ile 5 saat arasında değişmektedir.
Pentoksifilin içinse konsantrasyonları yıkama solüsyonu içerisinde 0.1 ile 5 mM olacak şekilde seçilmiş. İnkübasyon süreleride 10dk ile 3 saat arasında kullanılmış.
Kafeinin invitro kullanımı, akrozom reaksiyonu ve sperm membranı üzerine zararlı etkilerinden dolayı büyük oranda terkedilmiştir. Ayrıca bazı çalışmalarda kafeinin sperm fertilizasyonuna bir faydası olmadığı da gösterilmiştir.
Oral pentoksifilin kullanımının sperm kalitesini düzelttiği ve yüksek konsantrasyonlarda ROS oluşumunu önlediği bildirilmiştir.
Invitro kullanıldığında pentoksifilin, hücre düzeyinde fosfodiesteraz inhibisyonu yapar. Ayrıca lipid peroksidasyonunu artırarak sperm membran fluditesinin de etkilemektedir. Superoksit dismutaz enzimini inhibe edici etkisi de bulunmaktadır. Astenozoospermik semende peroksit oluşumunu inhibe etmektedir.
Ancak bir çalışmada pentoksifilin ve pentoksifilin+2-deoksiadenozin kombinasyonunun embriyo gelişmini olumsuz etkilediği gösterilmiştir (Tournaye H. Hum Reprod 1995; 10(Suppl 1): 72). Burada pentoksifilinin yumurta üzerine olan direkt etkisinin sorumlu olabileceği düşünülerek, fertilizasyondan önce spermatozoanın yıkanarak bu ilacın ortamdan uzaklaştırılması önerilmiştir. Ortamdan pentoksifilinin yıkanarak uzaklaştırılmasını takiben bu ilacın etkisinin normozoospermiklerde 3-4 saat (Tesarik J. Hum Reprod 1992; 7: 1257), astenozoospermiklerde ise 2 saat daha devam ettiği bildirilmektedir. Etkisinin hemen kaybolduğu da bir çalışmada bildirilmiştir (Paul M. Hum Reprod 1996; 11: 814).
Bütün bu sonuçlar, embriyo gelişimi üzerine olası zararlı etkilerinden dolayı pentoksifilinin kullanımının dikkatli yapılması gereğini ortaya koymaktadır.
Serbest oksijen radikalleri (Reactive Oxygen Species ROS)
ROS spermatozoa tarafından üretilir. Spermatozoa üzerine hem zararlı hem de yararlı etkileri bulunması nedeniyle sperm hazırlanması sırasında bu moleküllerin fazla miktarda ortama çıkmaları kontrol edilmelidir. Her ne kadar ROS sperm motilitesini ve canlılığını olumsuz yönde etkilemekteyse de, diğer yandan kapasitasyon, hiperaktivasyon ve akrozom reaksiyonunun uyarılmasında önemli rolleri bulunmaktadır.
Prostazomların ROS yapımı üzerine faydalı, pentoksifilinin ise farklı etkileri bulunmaktadır.
Alfa-tokoferol (E vitamini) bilinen bir antioksidandır. Oral verildiğinde astenozoospermiklerde peroksid oluşumunu azaltmakta, sperm motilitesini ise düzeltmektedir (Suleiman SA. J Androl 1996; 17: 530). Bu şekilde invivo gebelik oranlarını da arttırmaktadır. Ancak E vitamini oral kullanıldığında seminal plazmadaki konsantrasyonu, invitro şartlarda ROS’u baskılayıcı kritik seviyesinin üzerine çıkamamaktadır. Seminal plazmadaki konsantrasyonu sperm motilitesi ve lökositlerin varlığı ile yakın ilişki gösterir. İmmünolojik infertilite olgularında seminal plazma konsantrasyonu daha yükselmektedir. Neticede, immünoljik infertilite olgularında oral E vitamini kullanımının koruyucu bir etkisi olduğu anlaşılmaktadır.
Invitro şartlarda alfa-tokoferol kullanımının etkinliğinin gösterilmesi için daha geniş çalışmalara ihtiyaç bulunmaktadır. Dondurulmuş-çözünmüş spermler üzerinde az miktarda motilite uyarıcı etkisi bulunduğu bildirilmiştir (Askari HA. Arch Androl 1994; 33: 11). Eksperimental çalışmalardada invitro kullanıldığında lipid peroksidasyonuna karşı koruyucu etkisi bulunmaktadır (Brezezinska-Slebodzinska E. Biol Trace Elem Res 1995; 47: 69).
Nitrik Oksit (NO)
NO sitotoksik bir serbest radikaldir. Nitrik oksit sentetaz enzimi tarafından yapılır. Nitrik oksit sentetaz enzimi ise spermatozoanın baş ve orta-parçasında aktif olarak bulunur. NO, süperoksit’i inaktive eder, hücre içi cGMP’ı arttırır. Düşük düzeyde NO, sperm motilitesi, kapasitasyonu ve hiperaktivitesi için gereklidir. Oysa yüksek düzeylere çıktığında spermatozoa için zararlı olur. Yüksek düzeyde olduğunda NO’in infertil erkeklerde motiliteyi bozabileceği gösterilmiştir. Bir NO serbestleştirici ajan olan sodyum nitropurisid’in, astenozoospermik infertil erkeklerde motiliteyi anlamlı derecede düzelttiği bildirilmiştir (Zhang H. Free Radic Res 1996; 25: 347).
Seminal plazmada normalde poliaminler bulunurlar. Bunlar oksidazlar tarafından aldehid formuna çevrildiklerinde NO sentezini inhibe eder duruma geçerler. O nedenle, bu şekildeki infertilite olgularında seminal plazmanın yıkanarak tamamen ortamdan uzaklaştırılmasının önemi büyüktür (Szabo C. Br J Pharmacol 1994; 112: 355).
Sperm motilitesinin kontrolü büyük oranda, ATP’nin kullanımına bağlıdır. ATP ise dynein-ATPaz için enerji kaynağıdır. Mitokondride yapılarak fosforilkreatinin yardımıyla aksoneme taşınır. Spermatozoa ATP üretmek için seminal plazmada, kadın genital sisteminde veya sperm hazırlama kültür ortamlarında bulunan ekzojen enerji kaynaklarını (früktoz, laktat, pirüvat veya glükoz gibi) metabolize eder. Spermatozoa enerji kaynaklarını esasen glikolizden daha az olarak da mitokondride oksidatif fosforilizasyondan sağlar. ATP’nin kullanımı ise kalsiyum, siklik nukleotidler ve hücre içi pH tarafından kontrol edilir.
Sonuç
Spermatozoanın oosite erişmesi ve fertilize edebilmesinde motilite gerekli ana fonksiyonel şartlardan sadece birisidir. Laboratuvarda swim-up, dansite gradiyent sistemleri gibi sperm hazırlama yöntemlerinin sperm motilitesi üzerine olan olumlu etkileri kesin olarak ortaya konmuştur. Metodun basitliği ve az zaman alması, etkinliği, semenin kalitesi ve istenilen sperm özellikleri göz önüne alınarak, en uygun yöntem seçilmelidir. Hastalar ve yöntemler arasında, benzer semen örneklerinde bile, aralarında kendilerine özgü değişiklikler bulunabilir.
Diğer yandan, astenozoospermi olgularında sperm motilitesini düzeltmek amacıyla biyolojik ya da kimyasal maddelerin kullanılmasını destekleyen kanıtlar bulunmaktadır. Sperm motilitesini düzeltmeye yönelik invitro hangi teknik kullanılırsa kullanılsın, amaç diğer fonksiyonlarını ve embriyo gelişimini olumsuz yönde etkilemeden spermin fonksiyonlarını düzeltmek olmalıdır.
Prof.Dr. Kaan AYDOS
Mıeusset R: In vivo therapies for asthenozoospermia. Male sterility and motility disorders. Hamamah S, et al (eds). Springer-Verlag New York, 1999.’dan derlenmiştir.
