ROS tinh dịch

Tình trạng stress oxy hóa (oxidative stress -OS) và sự hiện diện của ROS (Reactive Oxygen Species) trong đường sinh sản nam có mối tương quan mạnh mẽ đến vô sinh. Mặc dù nồng độ sinh lý của ROS cần thiết cho hoạt động của tinh trùng bình thường, nhưng việc sản xuất ROS tăng cao có thể hạn chế khả năng chống oxy hóa của tế bào dẫn đến rối loạn chức năng và mất khả năng sinh sản.

1. Định nghĩa

ROS là các gốc oxy hoá hoạt động có nguồn gốc từ oxy gồm các gốc tự do và một số phân tử đặc biệt không phải là gốc tự do và có khả năng tham gia phản ứng mạnh. ROS thường tồn tại dưới dạng các gốc tự do như: superoxide, hydrogen peroxide, ion hydroxyl, peroxyl radical và hypochlorite ion.

2. Vai trò sinh lý của ROS với tinh trùng

Ở điều kiện sinh lý, ROS có nhiều vai trò với tế bào như điều hòa quá trình apoptosis, tham gia vào quá trình viêm nhiễm, kích hoạt các gen mã hóa các enzyme chống oxy hóa. Còn đối với tinh trùng, ROS là con đường thông tin thứ cấp và có những vai trò đặc biệt khác. Sau khi được giải phóng khỏi tinh hoàn, tinh trùng trưởng thành di chuyển qua mào tinh. Ở đó, tinh trùng được cải thiện khả năng vận động thông qua các sửa đổi hình thái và sinh hóa mở rộng. Tinh trùng trải qua các quá trình hoạt hóa phức tạp và liên quan đến thay đổi ion, trao đổi chất và màng, bao gồm cả việc sản xuất ROS ở nồng độ thấp. Hoạt hóa cho phép tinh trùng liên kết với zona pellucida bao quanh noãn và tạo ra phản ứng acrosome. Do đó, tinh trùng có thể xâm nhập vào màng zona, tiếp cận và hợp nhất với noãn. Một tính năng chính của hoạt hóa tinh trùng là sản xuất ROS ở mức rất thấp và được kiểm soát bởi tinh trùng (Ford, 2004).

3. Nguồn gốc ROS

ROS tạo ra từ hai nguồn chính: nguồn tạo ra bên trong cơ thể được gọi là nguồn nội sinh và nguồn ngoại sinh là các yếu tố bên ngoài tác động đến cơ thể làm sản sinh ra ROS. Những tinh trùng có hình dạng bất thường, bạch cầu trong tinh dịch tạo thành hai nguồn sản xuất chính ROS trong mẫu tinh dịch. Tinh trùng tạo ra ROS theo hai cách: hệ thống oxidase NADPH ở màng tinh trùng và hệ thống NADH-phụ thuộc oxido-reductase (diphorase) ở ty thể. Bạch cầu phản ứng dương tính với test peroxidase được phát hiện chủ yếu từ tuyến tiền liệt và từ túi tinh, gồm bạch cầu đa nhân, chiếm khoảng 50%-60% lượng bạch cầu trong tinh dịch và đại thực bào, chiếm khoảng 20%-30% (Gharagozloo và Aitken, 2011; Aghazarian và cs, 2019).

Ngoài ra, sự gia tăng ROS có thể do nhiều nguyên nhân: nhiệt độ, môi trường sống, từ trường, phóng xạ, ô nhiễm, thuốc trừ sâu, rượu, thuốc lá, căng thẳng tinh thần, béo phì, chế độ ăn không hợp lý, nhiễm trùng, miễn dịch và các bệnh mãn tính… Tại Việt Nam, với sự biến đổi của lối sống, môi trường, tình trạng ô nhiễm không khí và vệ sinh an toàn thực phẩm hiện nay, ROS có thể là tác nhân hàng đầu trong cơ chế gây hiếm muộn nam giới.

Nhiều nghiên cứu đã nêu ra các ảnh hưởng tiêu cực của thói quen sống lên chức năng tinh hoàn, các chỉ số đánh giá sự phát triển tinh trùng và rối loạn chức năng các tuyến sinh dục. Tuy nhiên, kết luận cụ thể vẫn chưa được khẳng định vì một số nghiên cứu lại cho thấy kết quả đối lập. Trong nghiên cứu của Silva và cộng sự (2017), nhóm tác giả thực hiện khảo sát trên các đối tượng nam giới có lối sống lành mạnh tình nguyện sử dụng thuốc lá và rượu liên tục trong thời gian một tuần, sau đó trở lại sống lành mạnh. Tiến hành đánh giá tác động ngắn hạn ban đầu, cũng như ảnh hưởng dài hạn sau đó của việc thay đổi lối sống đột ngột của các đối tượng trên qua hai thông số là chất lượng tinh trùng và hiện tượng oxi hóa. Ngoài ra, một số dịch tiết quan trọng từ tinh hoàn cho quá trình phát triển của tinh trùng, bảo vệ cấu trúc, liên quan đến hoạt động chức năng của tinh hoàn và các tuyến phụ sinh dục cũng được đánh giá. Các chỉ số đánh giá trong nghiên cứu được theo dõi chặt chẽ sẽ giúp đưa ra dữ liệu chính xác hơn để kết luận về sự ảnh hưởng của việc sử dụng rượu bia và thuốc lá lên khả năng sinh sản của những người nam khoẻ mạnh. Nghiên cứu cho thấy việc thay đổi đột ngột lối sống làm gia tăng nồng độ ROS trong tinh dịch và từ đó làm thay đổi cấu trúc của các protein cần thiết cho cấu trúc và chức năng của tinh trùng. Ngoài ra, việc tạo ra ROS còn có thể kích hoạt quá trình apoptosis ở các tế bào tinh trùng cũng như hủy hoại các protein trên bề mặt của tinh trùng từ đó tạo ra các tinh trùng dị dạng (Silva và cs, 2017).

4. Ảnh hưởng của ROS đến khả năng sinh sản ở nam giới

ROS được xem là tác nhân quan trọng liên quan đến nguyên nhân gây vô sinh ở nam giới. ROS có vai trò trong quá trình hoạt hóa tinh trùng, phản ứng acrosome và phản ứng dung hợp giữa noãn và tinh trùng. Tuy nhiên, nếu nồng độ ROS tạo ra không được kiểm soát hoặc quá mức có thể ảnh hưởng đến chức năng của tinh trùng. Những người đàn ông vô sinh có biểu hiện nồng độ ROS cao hơn đáng kể và khả năng chống oxy hóa thấp hơn so với bệnh nhân bình thường. Khoảng 25-40% mẫu tinh dịch ở nam giới vô sinh có nồng độ ROS cao (De Lamirande và Gagnon, 1995).

Một số nghiên cứu đã chứng minh sự cảm ứng quá trình peroxid hóa màng tế bào hay sự phân mảnh DNA tinh trùng là hai hậu quả chính gây ra bởi sự tạo ROS quá mức trong quá trình phát triển của tinh trùng. Tinh trùng là tế bào nhỏ nhất trong cơ thể, chứa hàm lượng lớn các acid béo không bão hòa nên làm cho màng tinh trùng lỏng lẻo, dễ nhạy cảm với ROS. DNA tinh trùng được bao bọc bởi các protein bảo vệ, đặc biệt là các chất kháng oxi hóa (antioxidants) trong tinh dịch. ROS nồng độ cao có thể phá vỡ các cơ chế bảo vệ này và gây tổn thương DNA tinh trùng. ROS làm đứt gãy các chuỗi DNA đơn và kép, gây đột biến gen. Nếu tổn thương DNA nhẹ, tinh trùng có thể tự phục hồi và bản thân noãn cũng có khả năng chỉnh sửa các tổn thương trên DNA tinh trùng sau thụ tinh. Tuy nhiên, nếu DNA tổn thương nặng, phôi có thể phát triển bất thường hoặc ngưng phát triển. Nhiều nghiên cứu cho thấy nếu tổn thương DNA tinh trùng nhiều sẽ làm giảm khả năng thụ tinh, giảm tỉ lệ phôi phân chia và chất lượng phôi khi thực hiện thụ tinh trong ống nghiệm (TTTON). Tổn thương DNA do ROS còn gây tăng hiện tượng chết theo chương trình (apoptosis) của tinh trùng (Ford, 2004).

Nghiên cứu của nhóm tác giả Kuroda và cộng sự (2020) đã đánh giá sự tương quan giữa ROS trong tinh dịch với tỷ lệ thụ tinh, tỷ lệ phôi phân chia và tỷ lệ phôi nang sau khi ICSI. Mức độ ROS trong tinh dịch được so sánh giữa các nhóm thụ tinh và không thụ tinh, nhóm phôi phân chia chất lượng tốt và nhóm phôi không phát triển, nhóm phôi nang chất lượng tốt và phôi nang chất lượng xấu. Kết quả cho thấy, nồng độ ROS trung bình không có sự khác biệt giữa nhóm thụ tinh và không thụ tinh. Nồng độ ROS trong nhóm phôi không phát triển cao hơn đáng kể so với nhóm phôi phân chia chất lượng tốt (p = 0,0026) và thấp hơn đáng kể ở nhóm phôi nang chất lượng tốt so với nhóm phôi nang chất lượng kém (p = 0,015). Như vậy, tỷ lệ phôi phân chia tốt và tỷ lệ phôi nang tốt ở nhóm có nồng độ ROS cao thấp hơn so với nhóm có nồng độ ROS thấp. Từ đó nhóm tác giả đưa ra kết luận ROS trong tinh dịch được cho là có ảnh hưởng xấu đến sự phát triển phôi trong kỹ thuật ICSI (Kuroda và cs, 2020).

5. Các phương pháp đánh giá ROS trong tinh dịch

Hiện nay có nhiều phương pháp đánh giá nồng độ ROS trong tinh dịch. Phương pháp đo trực tiếp như phát quang hóa học, xét nghiệm nito blue tetrazolium, flourescein probe, electron spin resonance. Ưu điểm của các phương pháp này là đo chính xác các gốc tự do, độ chính xác cao, thiết bị hiện đại. Tuy nhiên, chi phí cao và giá trị ngưỡng chưa chuẩn hóa. Phương pháp đo gián tiếp như: total antioxidant capacity assay TAC, ROS- TAC thì thiếu tính đặc hiệu, độ chính xác thấp, giá trị ngưỡng chưa chuẩn hóa. Nhìn chung, các phương pháp đo ROS với các gốc tự do có thời gian bán hủy ngắn, chưa có quy trình và giá trị ngưỡng, chưa có đồng thuận về điều kiện thực hiện.

6. Cải thiện ROS trong tinh dịch

Nhiều nghiên cứu đưa ra các yếu tố giúp cải thiện ROS trong tinh dịch như sử dụng một số chất chống oxy hóa tổng hợp hay tự nhiên như vitamin E, melatonin, curcumin… Những mẫu tinh trùng trữ đông được coi là có thể tăng sản xuất ROS và ảnh hưởng đến chất lượng tinh trùng như giảm di động, tỷ lệ sống, tăng phân mảnh DNA. Nghiên cứu của Khashavi và cộng sự (2020) bổ sung dịch chiết khoang từ hải sâm (H.parva) như chất bảo vệ lạnh chống stress oxy hóa cho mẫu tinh trùng trữ đông. Kết quả cho thấy việc sử dụng dịch chiết giúp giảm đáng kể tỷ lệ tổn thương DNA và stress oxy hóa trong tinh trùng, cải thiện tỷ lệ thụ tinh của tinh trùng trữ lạnh (Khashavi và cs, 2020). Hoặc bổ sung insulin, vitamin D vào  tinh dịch cũng giúp bảo vệ tinh trùng chống lại các tác nhân oxy hóa từ việc trữ đông (Shokri và cs, 2019; Moghadaaf và cs, 2019).

Ngoài ra, việc uống bổ sung các chất chống oxy hóa như hợp chất chứa L-Arginine, Coenzyme G10, Vitamin C, Tribulus, Inositol, VitaminE… với liều lượng và thời gian phù hợp cũng giúp giảm ROS trong tinh dịch, cải thiện chất lượng tinh trùng và chất lượng phôi (Gambera và cs, 2019; Sadaghiani và cs, 2020). Phân tích của Cochrane về “chất chống oxy hóa cho hiếm muộn nam” nêu rằng chất chống oxy hóa có liên quan đến sự gia tăng tỷ lệ thai lâm sàng và tỷ lệ trẻ sinh sống. Tuy nhiên cần có nhiều nghiên cứu hơn về kiểm tra tác dụng của các loại thuốc này lên bệnh nhân như thời gian mang thai, sẩy thai và tác dụng phụ (Martins da Silva, 2019).

Kết luận

Như vậy, với mức sinh lý bình thường, ROS cần thiết cho sự trưởng thành tinh trùng, tăng động, khả năng hóa, phản ứng acrosome và phản ứng hòa nhập với noãn. Nhưng ở nồng độ cao, ROS ảnh hưởng đến chức năng sinh lý của tinh trùng, ảnh hưởng khả năng sinh sản của nam giới. Hiện nay có nhiều nghiên cứu về việc cải thiện ROS trong tinh dịch, giúp cải thiện tỷ lệ sinh sản ở nam giới như việc sử dụng các chất chống oxy hóa cho cơ thể hay bổ sung vào môi trường nuôi cấy.

Tài liệu tham khảo

1. Aghazarian, Artin, Wolfgang Huf, Heinz Pflüger, and Tobias Klatte. 2019. “The Association of Seminal Leucocytes, Interleukin-6 and Interleukin-8 with Sperm DNA Fragmentation: A Prospective Study.” Andrologia 51(11): 1–6.

2. Ford, W C L. 2004. “Regulation of Sperm Function by Reactive Oxygen Species.” Human reproduction update 10(5): 387–99.

3. Gambera, Laura et al. 2019. “Effects of Antioxidant Treatment on Seminal Parameters in Patients Undergoing in Vitro Fertilization.” Archivio Italiano di Urologia e Andrologia 91(3): 187–90.

4. Gharagozloo, Parviz, and R. John Aitken. 2011. “The Role of Sperm Oxidative Stress in Male Infertility and the Significance of Oral Antioxidant Therapy.” Human Reproduction.

5. Khashavi, Zahra et al. 2020. “Novel Additive for Sperm Cryopreservation Media: Holotheria Parva Coelomic Cavity Extract Protects Human Spermatozoa against Oxidative Stress—A Pilot Study.” Andrologia 52(6): 1–8.

6. Kuroda, Shinnosuke et al. 2020. “Early and Late Paternal Effects of Reactive Oxygen Species in Semen on Embryo Development after Intracytoplasmic Sperm Injection.” Systems Biology in Reproductive Medicine 66: 1–7.

7. De Lamirande, E., and C. Gagnon. 1995. “Impact of Reactive Oxygen Species on Spermatozoa: A Balancing Act between Beneficial and Detrimental Effects.” In Human Reproduction,.

8. Martins da Silva, Sarah J. 2019. “Male Infertility and Antioxidants: One Small Step for Man, No Giant Leap for Andrology?” Reproductive BioMedicine Online 39(6): 879–83. https://doi.org/10.1016/j.rbmo.2019.08.008.

9. Moghadam, Mahin Taheri, Yousef Asadi Fard, Ghasem Saki, and Roshan Nikbakht. 2019. “Effect of Vitamin D on Apoptotic Marker, Reactive Oxygen Species and Human Sperm Parameters during the Process of Cryopreservation.” Iranian Journal of Basic Medical Sciences 22(9): 1036–43.

10. Shokri, Saeed, Seyyed Meisam Ebrahimi, Sanaz Ziaeipour, and Reza Nejatbakhsh. 2019. “Effect of Insulin on Functional Parameters of Human Cryopreserved Sperms.” Cryobiology 87: 68–73. https://doi.org/10.1016/j.cryobiol.2019.02.002.

11. Silva, Joana Vieira et al. 2017. “Study on the Short-Term Effects of Increased Alcohol and Cigarette Consumption in Healthy Young Men’s Seminal Quality.” Scientific Reports 7(April).

12.  et al. 2020. “Effect of Antioxidant Supplements on Sperm Parameters in Infertile Male Smokers: A Single-Blinded Clinical Trial.” AIMS Public Health 7(1): 92–99.