سلول و بافت
فصلنامه

اثرات محافظتی آلفالیپوئیک اسید بر اختلال‌های ناشی از استرس اکسیداتیو بر روی پارامترهای حیاتی اسپرم انسان القاشده توسط کادمیوم

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

فاطمه آشنا 1
حمیدرضا مومنی 2
طاهره اعتمادی 3

1 کارشناسی ارشد، گروه زیست شناسی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه اراک، اراک، ایران، ایمیل (نویسنده اول)

2 استاد، گروه زیست شناسی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه اراک، اراک، ایران، h-momeni@araku.ac.ir

3 کارشناسی ارشد، گروه زیست شناسی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه اراک، اراک، ایران، t-etemadi@araku.ac.ir

https://doi.org/10.61882/JCT.16.1.51
چکیده
هدف: استرس اکسیداتیو به­عنوان یکی از عوامل مهم اختلال عملکرد اسپرم و ناباروری شناخته شده است. آلاینده­های زیست محیطی مانند کادمیوم می­توانند با القای استرس اکسیداتیو بر پارامترهای اسپرم تأثیر منفی بگذارند. در پژوهش حاضر اثر محافظتی آلفا لیپوئیک اسید به‌عنوان یک آنتی­اکسیدانت قوی بر پارامترهای حیاتی اسپرم‌های تیمار شده با کادمیوم کلراید بررسی ‌شد. مواد و روش‏ها: نمونه­های اسپرم انسان به پنج گروه تقسیم شدند: 1) اسپرم­های لحظه صفر، 2) اسپرم­های لحظه180 دقیقه (گروه کنترل)، 3) اسپرم­های تیمارشده با کادمیوم کلراید (10میکرومولار) به­مدت 180 دقیقه، 4) اسپرم­های تیمارشده با آلفالیپوئیک اسید (50 میکرومولار) + کادمیوم کلراید (10 میکرومولار) به­مدت 180 دقیقه و 5) اسپرم تیمار شده با آلفالیپوئیک اسید (50 میکرومولار) به­مدت 180 دقیقه. پارامتر‌های حیاتی اسپرم (قابلیت تحرک، قابلیت حیات، تمامیت غشای پلاسمایی، تمامیت آکروزوم، پتانسیل غشای میتوکندری، شکستگی DNA، و شاخص‌های استرس اکسیداتیو (قدرت آنتی­اکسیدانتی کل و میزان پراکسیداسیون لیپیدی) در گروه­های مختلف بررسی شد.  نتایج: کادمیوم کلراید با افزایش سطح مالون دی آلدئید و کاهش ظرفیت آنتی­اکسیدانتی کل باعث کاهش قابلیت تحرک، قابلیت حیات، یکپارچگی غشای پلاسمایی و آکروزوم، پتانسیل غشای میتوکندری و تمامیت DNA اسپرم شد، در حالی­که آلفالیپوئیک اسید توانست اثرات مخرب کادمیوم کلراید بر پارامترهای حیاتی اسپرم و شاخص­های استرس اکسیداتیو را جبران نماید. نتیجه‏گیری: استرس اکسیداتیو ناشی از کادمیوم کلراید بر پارامترهای اسپرم انسان اثرات مخربی القا می­کند. درحالی­که آلفالیپوئیک اسید با خواص آنتی­اکسیدانتی خود اثرات نامطلوب استرس اکسیداتیو بر اسپرم انسان را جبران می­کند، که نشان می­دهد آلفالیپوئیک اسید می­تواند به­عنوان یک درمان مکمل در ناباروری مردان که ناشی از استرس اکسیداتیو است استفاده شود.

تازه های تحقیق

-

کلیدواژه‌ها

آلفالیپوئیک اسید
آنتی‫اکسیدانت کادمیوم‬‬‬‬
اسپرم انسان استرس ‫اکسیداتیو
dor -

عنوان مقاله English

Protective effects of alpha-lipoic acid on oxidative stress-induced impairments on vital parameters of human sperm induced by cadmium

نویسندگان English

F Ashena 1
HR Momeni 2
T Etemadi 3
1 M.Sc, Department of Biology, Faculty of Sciences, Arak University, Arak, Iran
2 Ph.D, Department of Biology, Faculty of Sciences, Arak University, Arak, Iran
3 M.Sc, Department of Biology, Faculty of Sciences, Arak University, Arak, Iran
چکیده English

Introduction: Oxidative stress exerts destructive effects on sperm cells, leading to sperm dysfunction and male infertility. It occurs when there is an imbalance between the production of reactive oxygen species (ROS) and the cell's antioxidant defense system. ROS are free radicals and peroxides that can damage cells. They can harm the sperm cell membrane, which is rich in polyunsaturated fatty acids, through lipid peroxidation, impairing sperm membrane fluidity. This affects motility and the sperm's ability to fuse with the egg. Additionally, ROS can directly damage sperm DNA, leading to DNA fragmentation and other abnormalities. Oxidative stress can also impair sperm motility by disrupting energy production in the mitochondria. Severe oxidative stress may result in sperm cell death (apoptosis or necrosis), reducing sperm viability. These negative effects ultimately decrease the chances of successful fertilization and a healthy pregnancy.
Cadmium, a pervasive environmental and industrial pollutant, induces significant toxic effects on human health, particularly on the male reproductive system. It is both a naturally occurring element and a widespread environmental pollutant generated from various industrial and agricultural activities. Its presence in soil, water, air, and food exert risks on human health. Exposure to cadmium is strongly linked to increased oxidative stress, which damages cellular components such as lipids, proteins, and DNA within sperm cells. This oxidative damage can lead to impairments in critical sperm parameters, including motility, viability, morphology, and DNA integrity, thereby compromising fertilization potential and contributing to male infertility. The severity of these effects underscores the need for effective strategies to mitigate cadmium-induced sperm damage.
Alpha-lipoic acid (ALA), a naturally occurring organosulfur compound, is produced in the body, obtained through dietary sources, and taken as a supplement or medication. ALA is a potent antioxidant with the unique ability to function in both aqueous and lipid environments. This versatility allows ALA to scavenge a wide range of free radicals and ROS, thereby protecting cells from oxidative damage. Furthermore, ALA can regenerate other endogenous antioxidants, such as glutathione, further amplifying its protective effects. Given ALA’s well-documented antioxidant properties and its potential to mitigate oxidative stress, this study aims to investigate its protective effects on human sperm exposed to cadmium.
Aim: This research will explore the extent to which ALA can counteract the detrimental effects of cadmium-induced oxidative stress on vital sperm parameters. By evaluating the impact of ALA supplementation on sperm motility, viability, morphology, and DNA integrity in the presence of cadmium, this study seeks to determine the potential therapeutic role of ALA in preserving sperm function and improving male fertility outcomes. The results of this investigation will provide valuable insights into the efficacy of ALA as a protective agent against cadmium-induced reproductive toxicity and contribute to the development of strategies for mitigating the harmful effects of environmental pollutants on male reproductive health.
Materials and Methods: In this experimental study, human sperm samples were divided into five groups: 1) spermatozoa at 0 hours, 2) spermatozoa at 180 minutes (control group), 3) spermatozoa treated with cadmium chloride (10 μM) for 180 minutes, 4) spermatozoa treated with ALA (50 μM) + cadmium chloride (10 μM) for 180 minutes and 5) spermatozoa treated with ALA (50 μM) for 180 minutes.
Vital sperm parameters, including motility, viability, plasma membrane and acrosome integrity, mitochondrial membrane potential, and DNA fragmentation, as well as oxidative stress indices (total antioxidant capacity and lipid peroxidation), were examined in different groups. Data were expressed as mean ± standard deviation and analyzed using one-way analysis of variance (ANOVA). Means with p

کلیدواژه‌ها English

Alpha-lipoic acid
Antioxidant
Cadmium
Human sperm
Oxidative stress

مقدمه

آلاینده­های زیست محیطی به­عنوان عوامل اصلی تعیین کننده بیماری­ها از اختلالات متابولیک گرفته تا بیماری­های قلبی- عروقی و سرطان شناخته می­شوند. علاوه­براین، تصور می­شود که در طول 5 دهه گذشته این عوامل با کاهش تدریجی نرخ باروری نیز رابطه مستقیم دارند. به‌ویژه در انسان‌ها، به­نظر می‌رسد که مردان بیشتر از زنان مستعد اختلال در باروری به­دلیل قرارگرفتن در معرض آلودگی­های ‌زیست محیطی هستند. در میان این آلاینده‌های زیست محیطی که نقش موثری در باروری مردان دارند، فلزات سنگین، به‌ویژه کادمیوم جایگاه ویژه­ای را به­خود اختصاص داده است .کادمیوم، یک فلز سنگین و آلاینده زیست محیطی سمی، معمولاً به­طور گسترده در محیط و به­ویژه در سیستم آب و خاک یافت می­شود) 1(. این فلز به­دلیل توانایی تجمع زیستی خود در گیاهان و آبزیان، در نهایت می­تواند از طریق زنجیره غذایی وارد بدن انسان شود و خطر قابل­توجهی برای سلامت انسان ایجاد نماید )2(. مطالعات اپیدمیولوژیک انجام شده در مردان نشان داده است که ارتباط قابل­ملاحظه­ای بین ناباروری و کیفیت ضعیف اسپرم ناشی از قرار گرفتن در معرض کادمیوم در شرایط مختلف شغلی یا محیطی وجود دارد. در انسان، داده­های موجود نشان می­دهند که مقدار کادمیوم در مایع منی با مصرف سیگار همبستگی مستقیم و با تعداد، تحرک و زنده ماندن اسپرم رابطه معکوس دارد )3 .(سمیت تولیدمثلی کادمیوم توسط مکانیسم‌های متعددی القا می‌شود که در مدل‌های حیوانی آزمایشگاهی عمدتاً می­توان به آسیب ساختاری عروق بیضه و سد خونی- بیضه­ای، استرس اکسیداتیو و التهاب، سمیت سلول‌های سرتولی و لیدیگ، تنظیم اپی­ژنتیکی ژن­های دخیل در عملکرد تولیدمثلی مردان، اختلال غدد درون­ریز محور هیپوتالاموس-هیپوفیز-بیضه و تداخل با یون­های ضروری اشاره نمود )4(. 

مطالعات نشان داده­اند که کادمیوم با اثر بر سیستم اکسیداسیون سلول، از طریق اختلال مستقیم زنجیره تنفسی میتوکندری یا تغییرات اکسیداتیو برگشت ناپذیر به­دلیل تولید بیش از حد رادیکال­های آزاد اکسیژن اثرات مخرب خود را القا می­نماید )5(. با این فرض که اثرات کادمیوم به­دلیل استرس اکسیداتیو القا شود، استفاده از آنتی­اکسیدانت­ها می­تواند یک استراتژی مناسب در جهت کاهش اثرات این آلاینده زیست محیطی در نظر گرفته شود. تاکنون مطالعات فراوانی در جهت استفاده از آنتی­اکسیدانت­ها در بهبود آسیب­های وارد شده به بیضه و اسپرم در اثر استرس اکسیداتیو انجام شده است. بااین­حال، اثرات آلفالیپوئیک اسید (ALA) بر روی استرس اکسیداتیو القاشده توسط کادمیوم بر اسپرم انسان به­طور کامل مشخص نشده است.  

ALA که با نام‌های لیپوئیک اسید (LA) و نیز تیوکتیک اسید شناخته می‌شود، یک ترکیب ارگانوسولفور مشتق شده از اسید کاپریلیک (اسید اکتانوئیک) است. این ترکیب معمولاً در میتوکندری یافت می‌شود و برای عملکردهای مختلف آنزیمی ضروری است. در انسان، ALA در کبد و سایر بافت‌ها سنتز می‌شود و هم‌چنین از منابع حیوانی و گیاهی در رژیم غذایی به‌دست می‌آید )6(. ALA در جوانه گندم، مخمر آبجو، کلم، اسفناج، گوجه فرنگی، بروکلی، شلغم، گوشت قرمز و... یافت می‌شود )7(. هر دو نوع اکسید شده و احیا شده ALA اسید آنتی­اکسیدانت‌های قدرتمندی هستند که عملکرد آن‌ها عبارتند از: پاکسازی گونه‌های فعال اکسیژن، بازسازی آنتی‌اکسیدانت‌ها از جمله ویتامین‌هایC  و E و گلوتاتیون، کلیت نمودن یون‌های فلزی، ترمیم پروتئین‌های اکسید شده و تنظیم رونویسی ژن )8(. این آنتی­اکسیدانت در مطالعات فراوانی باعث بهبود پارامترهای حیاتی اسپرم شده است. در این خصوص، اثرات محافظتی ALA بر عملکرد اسپرم انسان در حین انجماد و ذوب، منجر به بهبود قابل توجهی در درصد تحرک اسپرم، آسیب کمتر DNA و کاهش پراکسیداسیون لیپیدی شده است )9(. همچنین نشان داده شده است که میزان تحرک اسپرم انسان پس از انکوباسیون با ALA بهبود یافته است )10(. علاوه­براین، تجویز داروئی ALA به مردان به­مدت 80 روز باعث کاهش استرس اکسیداتیو، آسیب DNA و کروماتین شد )11(.

با توجه به دخالت مسیرهای اکسیداتیو در سمیت کادمیوم، و اثرات محافظتی ALA به­عنوان یک آنتی­اکسیدانت قوی، مطالعه حاضر با هدف روشن نمودن اثرات محافظتی ALA در سمیت القا شده توسط کادمیوم کلراید بر روی پارامترهای حیاتی اسپرم انسان انجام شد.

 

2- مواد و روش­ها

گروه­بندی و تیمار نمونه‌های اسپرم انسان: به‌منظور انجام این پژوهش آزمایشگاهی از نمونه‌های نرمال اسپرم مراجعه کنندگان به مرکز فوق تخصصی درمان ناباروری امید رویان اراک، ایران استفاده شد. نمونه‌های اسپرم تحت شرایط استاندارد به آزمایشگاه زیست‌شناسی دانشگاه اراک منتقل و در انکوباتور 37 درجه سانتی‌گراد قرار داده شدند. ابتدا نمونه­های اسپرم از لحاظ تعداد و کیفیت بر اساس دستورالعمل سازمان بهداشت جهان) 12 (مورد بررسی قرارگرفتند و سپس نمونه‌های مناسب برای انجام آزمایش­ها انتخاب ‌شدند. این مطالعه در کمیته اخلاق در پژوهش دانشگاه اراک بررسی و با کد اخلاق  IR.ARAKU.REC.1401.037 مورد تصویب قرار گرفت. به منظور شستشو، نمونه­های اسپرم به نسبت 1 به 1 با محیط کشت Ham's F10 (ایده زیست نوترکیب، ایران) مخلوط شده و سپس با دور  g300 به­مدت 15 دقیقه سانتریفیوژ شدند. سپس درون هر میکروتیوپ میزان 20 میلیون اسپرم در هر میلی­لیتر محیط کشت قرار گرفت (سوسپانسیون اسپرم) و نمونه­ها به 5 گروه تقسیم بندی شدند: 1) اسپرم­های لحظه صفر، 2) اسپرم­های لحظه 180 دقیقه (کنترل)، 3) اسپرم‌های تیمارشده با کادمیوم کلراید (سیگما، آمریکا) با غلظت 10 میکرومولار به­مدت 180 دقیقه، 4) اسپرم‌های تیمارشده با ALA (مرک، آلمان) با غلظت 50 میکرومولار و کادمیوم کلراید با غلظت 10 میکرومولار (ALA 15 دقیقه پیش از کادمیوم کلراید اضافه شد) به­مدت 180 دقیقه، 5) اسپرم‌های تیمارشده با ALA با غلظت 50 میکرومولار به­مدت 180 دقیقه. پس از گروه­بندی نمونه‌ها، میکروتیوپ‌ها در انکوباتور 37 درجه سانتی‌گراد نگه‌داری شدند و آزمایش‌های مورد نظر بر روی اسپرم‌ها انجام گرفت (برای هر آزمایش، 6 بار تکرار در هر گروه از اسپرم­های افراد مختلف). به­منظور یافتن غلظت موثر کادمیوم کلراید نمونه‌های اسپرم به­صورت جداگانه با غلظت­های 5، 10و 20 میکرومولار کادمیوم کلراید به­مدت 3 ساعت تیمار شدند (9). سپس تحرک و قابلیت حیات نمونه­ها مورد سنجش قرار گرفت. بر اساس نتایج به­دست آمده غلظت 10 میکرومولار کادمیوم کلراید به‌عنوان غلظت موثر در نظر گرفته شد. به­منظور یافتن غلظت موثر ALA نمونه­های اسپرم با غلظت­های 10، 50 و 100 میکرومولار ALA (7) به­مدت 15 دقیقه تیمار و پس از آن کادمیوم کلراید با غلظت 10 میکرومولار اضافه شد. سپس، نمونه­های اسپرم به­مدت 180 دقیقه درون انکوباتور37 درجه سانتی­گراد نگه­داری شدند. پس از بررسی تحرک و قابلیت حیات، غلظت 50 میکرومولار برای ALA به­عنوان غلظت موثر انتخاب شد. غلظت­های موثر سپس برای بررسی سایر پارامترهای اسپرم مورد استفاده قرار گرفت.

سنجش تحرک اسپرم: به‌منظور ارزیابی قابلیت تحرک اسپرم، طبق دستورالعمل سازمان جهانی بهداشت )12(، 10میکرولیتر از سوسپانسیون اسپرم را بر روی لام گذاشته و لامل بر روی آن قرار داده شد. سپس با کمک میکروسکوپ نوری (Olympus, Japan) و بزرگنمایی ×400 چندین میدان دید مورد بررسی قرار گرفت و تعداد 200 اسپرم شمارش شد. در هر میدان دید تعداد اسپرم­های پیش‌رونده، درجا و ساکن یادداشت و در نهایت درصد اسپرم‌های با تحرک پیش رونده گزارش شد.

سنجش قابلیت حیات اسپرم: جهت سنجش قابلیت حیات اسپرم، براساس دستورالعمل سازمان جهانی بهداشت )12(، از رنگ­آمیزی ائوزین-نیگروزین استفاده شد. بدین­منظور نسبت یک حجم از سوسپانسیون اسپرم و دو حجم از رنگ ائوزین (1%، مرک، آلمان) درون میکروتیوپ مخلوط شده و به­مدت 30 ثانیه درون انکوباتور 37 درجه سانتی گراد قرار گرفت. پس از آن، نسبت سه حجم از رنگ نیگروزین ( 10%، مرک، آلمان) به میکروتیوپ اضافه و سپس گسترش نازکی بر روی لام ایجاد شد. پس از خشک شدن گسترش، لام با بزرگنمایی ×1000 و توسط میکروسکوپ نوری (Olympus, Japan) مشاهده و پس از شمارش تعداد 200 اسپرم، درصد اسپرم­های زنده گزارش شد. در این رنگ­آمیزی سر اسپرم­های مرده به­رنگ قرمز، در حالی­که اسپرم­های زنده به­رنگ سفید مشاهده می‌شوند.

 سنجش تمامیت غشای پلاسمایی اسپرم: به‌منظور بررسی تمامیت غشای پلاسمایی اسپرم از رنگ­آمیزی هوخست (Hoechst) و پروپیدیوم آیوداید (Propidium Iodide) استفاده شد. طبق روش ارائه شده توسط Sutradhar و همکاران )13( ابتدا به 500 میکرولیتر از سوسپانسیون اسپرم، 5 میکرولیتر رنگ هوخست (سیگما، امریکا) افزوده شد و 15 دقیقه در تاریکی درون انکوباتور 37 درجه سانتی‌گراد نگه­داری ‌شد. در مرحله بعد، 50 میکرولیتر از رنگ پروپیدیوم آیوداید (سیگما، امریکا) به نمونه اسپرم اضافه شد و به­مدت یک دقیقه در تاریکی نگه­داری شد. میزان 20 میکرولیتر از سوسپانسیون حاصل بر روی لام قرارگرفت و روی آن لامل­گذاری شد. لام موجود با کمک میکروسکوپ فلورسانس (Olympus, Japan) با فیلتر UV و بزرگنمایی ×1000 مشاهده شد. در میدان دیدهای مختلف تعداد 200 اسپرم شمارش و درصد اسپرم‌ها با غشای پلاسمایی سالم گزارش شد. در این رنگ­آمیزی اسپرم­هایی که غشای پلاسمایی سالم دارند به­رنگ آبی، در حالی­که سر اسپرم­ها با غشای پلاسمایی آسیب دیده به­رنگ قرمز دیده می­شوند.

سنجش تمامیت آکروزوم اسپرم: جهت بررسی ارزیابی تمامیت آکروزوم از رنگ­آمیزی کوماسی بریلیانت بلو (سیگما، امریکا) بر اساس دستورالعمل ارائه شده توسط ژانگ و همکاران استفاده شد )14(. بدین منظور ابتدا از نمونه­های اسپرم هر گروه گسترش نازکی بر روی لام تهیه شد. لام­های مذکور به­مدت 15 دقیقه درون محلول پارافرمالدهید قرار گرفت. پس از خشک شدن،­ لام­ها با محلول بافر فسفات سالین Phosphate buffer saline: BPS)) شست­وشو شدند و سپس به­مدت 7 دقیقه درون جار حاوی محلول کوماسی بریلیانت بلو قرار گرفتند و پس از آن با آب مقطر شست وشو شدند. سپس لام­ها با بزرگنمایی ×1000 توسط میکروسکوپ نوری (Olympus, Japan) مشاهده، 200 اسپرم شمارش و درصد اسپرم‌هایی با آکروزوم سالم گزارش شد. در این رنگ­آمیزی ناحیه آکروزوم در اسپرم­های با آکروزوم سالم به­رنگ آبی مشاهده می‌شوند، درحالی­که آکروزوم­های آسیب دیده که قادر به جذب رنگ نیستند  بی‌رنگ باقی می‌مانند.

بررسی میزان شکست DNA اسپرم : جهت بررسی یکپارچگی DNA و کروماتین اسپرم، تست SCD  (Sperm Chromatin Dispersion) انجام شد. به‌منظور انجام این تست از کیت SCD (ایده ورزان فردا، ایران) استفاده شد. طبق دستوالعمل کیت نمونه­ها آماده و سپس لام­ها توسط میکروسکوپ نوری (Olympus, Japan) و با بزرگنمایی ×1000بررسی شد. سپس 200 اسپرم شمارش و درصد اسپرم­ها با شکستگی DNA محاسبه و گزارش شد. در این تست اسپرم­های بدون شکست DNA هاله­ی بزرگ یا متوسط در اطراف خود داشتند. درحالی­که اسپرم­ها با شکست DNA بدون هاله یا با هاله‌هایی بسیار کوچک مشاهده شدند.

سنجش پتانسیل غشای میتوکندری اسپرم: به‌منظور بررسی پتانسیل غشای میتوکندری اسپرم از رنگ­آمیزی رودامین 123 (سیگما، امریکا) استفاده شد. جهت انجام این تست از دستورالعمل ارائه شده توسط Modica-Napolitano و همکاران )15( استفاده شد. به­طور خلاصه، بر روی 1 میلی­لیتر از سوسپانسیون اسپرم، 2 میکرولیتر رنگ رودامین 123 اضافه و در دمای اتاق و تاریکی به­مدت 10 دقیقه نگه­داری شد. سپس سوسپانسیون حاصل 2 مرتبه با 1000 میکرولیتر محلول PBS به­مدت 10 دقیقه با دور g300 سانتریفیوژ شد. سپس رسوب حاصل با 200 میکرولیتر PBS سوسپانسیون گردید. یک قطره از سوسپانسیون روی لام قرار گرفت و پس از تهیه گسترش با میکروسکوپ فلورسانس (Olympus, Japan) و با فیلتر مناسب 200 اسپرم در میدان دید­های مختلف شمارش و درصد اسپرم‌هایی با میتوکندری سالم به تعداد کل اسپرم‌ها گزارش شد. در این رنگ آمیزی اسپرم­های دارای غشای میتوکندری سالم با گردنی سبز درخشان و اسپرم­ها با غشای میتوکندری آسیب دیده با گردنی فاقد رنگ مشاهده شدند.

سنجش سطح مالون دی آلدئید (MDA): محصول نهایی پراکسیداسیون لیپیدی MDA می‌باشد. به‌منظور سنجش میزان پراکسیداسیون لیپیدی در نمونه‌های حاوی 20 میلیون اسپرم از کیت سنجش مالون آلدهید (نوند سلامت، ایران) و بر اساس دستورالعمل کیت استفاده شد. میزان جذب نوری نمونه در طول موج 530 نانومتر توسط اسپکتروفتومتر (شرکت PG-T80، انگلستان) خوانده شد. با توجه‌ به عدد جذب به‌دست آمده از محلول‌های استاندارد، منحنی استاندارد رسم و معادله رگرسیون (y=0.023x+0.0203؛ که در آن y غلظت و x جذب می­باشد) به­دست آمد. سپس با استفاده از جذب‌های به­دست آمده از نمونه‌های گروه­های مختلف و معادله رگرسیون حاصل از منحنی استاندارد، غلظت MDA در اسپرم گروه‌های مختلف محاسبه و بر حسب μM/2×107 spermatozoa  برای هر نمونه گزارش شد.

سنجش ظرفیت کل آنتی­اکسیدانتی (TAC) اسپرم: به­منظور سنجش سطوح ظرفیت کل آنتی­اکسیدانتی (Total Antioxidant Power: TAC) در نمونه‌های حاوی 20 میلیون اسپرم از کیت TAC (نوند سلامت، ایران) و طبق دستورالعمل کیت استفاده شد. میزان جذب نوری با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر (شرکت PG-T80، انگلستان) در طول موج 593 نانومتر خوانده شد. باتوجه به میزان جذب به‌دست آمده برای محلول‌های استاندارد، منحنی استاندارد رسم و معادله رگرسیون (y= 0.0036x + 0.0035؛ که در آن y غلظت و x جذب می­باشد) به­دست آمد. سپس با استفاده از جذب­های به­دست از نمونه­های گروه­های مختلف و معادله رگرسیون حاصل از منحنی استاندارد، میزان TAC در اسپرم گروه‌های مختلف محاسبه و بر حسبμM/2×107 spermatozoa برای هر نمونه گزارش شد.

3- آنالیز آماری

در این مطالعه داده­های حاصل به­صورت میانگین ± انحراف استاندارد ارائه شد. داده­ها توسط نرم-افزارSPSS  نسخه 16 و روش آنالیز واریانس یک­طرفه (One- way ANOVA) و تست توکی (Tukey’s Test) مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. تفاوت میانگین­ها در سطح 05/0p˂  معنی­دار در نظر گرفته شد.

4- نتایج

ارزیابی تحرک اسپرم

بررسی تحرک پیش­رونده اسپرم‌های انسان در گروه کنترل (180 دقیقه) تفاوت معنی­داری با گروه لحظه صفر نشان نداد (05/0p>‌). در اسپرم­های تیمار شده با کادمیوم‌ کلراید (10 میکرومولار) تحرک نسبت به گروه کنترل (180دقیقه) به‌طور معنی­داری (001/0(p< کاهش یافت. درحالی­که در گروه تیمار هم‌زمان اسپرم‌ها با ALA (50 میکرومولار) و کادمیوم‌ کلراید (10میکرومولار) به‌مدت 180 دقیقه، ALA توانست تحرک اسپرم­ها را نسبت به گروه کادمیوم کلراید به‌صورت معنی­داری (001/0 (p< افزایش دهد. کاربرد ALA (50 میکرومولار) به­تنهایی تغییر معنی­داری در تحرک اسپرم­ها ‌نسبت به گروه کنترل ایجاد نکرد (05/0p>‌) (نمودار 1).

 

نمودار 1: ارزیابی قابلیت تحرک اسپرم‌های انسان در گروه‌های مختلف. مقادیر به­­صورت Mean±SD نشان داده شده است. میانگین­ها با کد حرف­های متفاوت دارای تفاوت معنی­دار نسبت به­هم می‌باشند (آنالیز واریانس یک‌طرفه، تست توکی، 6 n= برای هر گروه  05/0p<).

 

ارزیابی قابلیت حیات اسپرم

بررسی قابلیت حیات در اسپرم­های گروه کنترل (180 دقیقه) نسبت به لحظه صفر تفاوت معنی­داری را نشان نداد (05/0p>‌). نتایج نشان­دهنده کاهش معنی­دار (001/0 (p< قابلیت حیات اسپرم‌های تیمار شده با کادمیوم کلراید (10 میکرومولار) نسبت به گروه کنترل (180دقیقه) بود. استفاده همزمان ALA (50 میکرومولار) با کادمیوم کلراید  (10میکرومولار) توانست اثرات کادمیوم کلراید را به­صورت معنی­داری (001/0 (p< نسبت‌ به گروه کادمیوم کلراید جبران کند و قابلیت حیات اسپرم­ها را افزایش دهد. استفاده از ALA (50 میکرومولار) به­تنهایی، نشان دهنده اختلاف معنی‌داری در میزان حیات اسپرم­ها نسبت به گروه کنترل نبود (05/0p>‌) ( نمودار 2 و شکل 1).

 

 نمودار 2: ارزیابی قابلیت حیات اسپرم‌های انسان در گروه‌های مختلف. مقادیر به­صورت Mean±SD نشان داده شده است. میانگین­ها با کد حرف­های متفاوت دارای تفاوت معنی­دار نسبت به­هم می‌باشند (آنالیز واریانس یک‌طرفه، تست توکی، 6 n= برای هر گروه 05/0p<).

شکل 1: ارزیابی قابلیت حیات اسپرم­های انسان در گروه‌های مختلف با استفاده از رنگ­آمیزی ائوزین­نگروزین. A: اسپرم‌های گروه لحظه صفر؛ B: اسپرم‌های گروه کنترل 180 دقیقه؛ C: اسپرم‌های گروه تیمارشده با کادمیوم کلراید (10 میکرومولار) به­مدت 180 دقیقه D: اسپرم‌های گروه تیمارشده با ALA (50 میکرومولار) + کادمیوم کلراید (10 میکرومولار) به­مدت 180 دقیقه؛ E: اسپرم‌های گروه تیمار شده با ALA (50 میکرومولار). (a: اسپرم‌های زنده با سر سفید، b: اسپرم‌های مرده با سر قرمز)؛ بزرگنمایی: ×1000.

 

ارزیابی تمامیت غشای پلاسمایی اسپرم

با توجه به نتایج به‌دست آمده، تمامیت غشای پلاسمایی اسپرم‌های گروه کنترل (180 دقیقه) اختلاف معنی­داری نسبت به اسپرم­های لحظه صفر نشان نداد (05/0p>‌). درگروه تیمارشده با کادمیوم کلراید (10میکرومولار) تمامیت غشای پلاسمایی نسبت به گروه کنترل (180 دقیقه) دارای کاهش معنی­داری (001/0 (p<بود. درگروه ALA (50 میکرومولار) به­همراه کادمیوم کلراید (10 میکرومولار)، ALA توانست اثرات مخرب کادمیوم کلراید را جبران کند و سبب افزایش معنی­دار (001/0 (p< تمامیت غشای پلاسمایی نسبت ‌به گروه کادمیوم کلراید شود. استفاده از ALA (50 میکرومولار) به­تنهایی تفاوت معنی­داری نسبت به گروه کنترل ایجاد نکرد (05/0p>‌) (نمودار 3 و شکل 2).

 

 

 

 

 

 

 

نمودار3: ارزیابی تمامیت غشای پلاسمایی اسپرم‌های انسان در گروه‌های مختلف. مقادیر به­صورت Mean±SD نشان داده شده است. میانگین­ها با کد حرف­های متفاوت دارای تفاوت معنی­داری نسبت به­هم می‌باشند (آنالیز واریانس یک‌طرفه، تست توکی، 6 n= برای هر گروه،  05/0p<).

 

 

 

شکل 2: ارزیابی تمامیت غشای پلاسمایی اسپرم­های انسان در گروه‌های مختلف با استفاده از رنگ­آمیزی هوخست و پروپیدیوم آیوداید. A: اسپرم‌های گروه لحظه صفر؛ B: اسپرم‌های گروه کنترل لحظه 180 دقیقه؛ C: اسپرم‌های گروه تیمار شده با کادمیوم کلراید (10 میکرومولار)؛ D: اسپرم‌های گروه تیمار شده با ALA (50 میکرومولار) + کادمیوم کلراید (10 میکرومولار)؛ E: اسپرم‌های گروه تیمار شده با ALA (50 میکرومولار). (a: اسپرم­ با سر آبی دارای غشای پلاسمایی سالم، b : اسپرم با سر قرمز دارای غشای پلاسمایی آسیب دیده).  بزرگنمایی: ×1000.

 

 ارزیابی تمامیت آکروزوم اسپرم

براساس نتایج به­دست آمده، تمامیت غشای آکروزوم در گروه کنترل (180دقیقه) تفاوت معنی­داری نسبت به لحظه صفر نداشت (05/0p>‌). بررسی اسپرم‌های تیمارشده با کادمیوم کلراید (10میکرومولار) نشان­دهنده کاهش معنی­دار (001/0 (p< تمامیت آکروزوم نسبت به گروه کنترل (180 دقیقه) بود. در تیمار هم زمان با ALA (50 میکرومولار) و کادمیوم کلراید (10میکرومولار)، ALA توانست تمامیت آکروزوم را به­طور معنی­داری (001/0 (p< نسبت به گروه کادمیوم کلراید افزایش دهد و اثرات کادمیوم کلراید را تا حد گروه کنترل بهبود بخشد (05/0p<‌). کاربرد ALA (50 میکرومولار) به‌تنهایی تغییر معنی­داری را نسبت به گروه کنترل ایجاد نکرد (05/0p>‌) ( نمودار 4 و شکل 3).

 

 

 

 

 

 

نمودار4: ارزیابی تمامیت آکروزوم اسپرم‌های انسان در گروه‌های مختلف. مقادیر به­صورت Mean±SD نشان داده شده است. میانگین­ها با کد حرف­های متفاوت دارای تفاوت معنی­دار نسبت به­هم می‌باشند (آنالیز واریانس یک‌طرفه، تست توکی، 6 n= برای هر گروه،  05/0p<).

 

شکل 3: ارزیابی تمامیت آکروزوم اسپرم­های انسان در گروه‌های مختلف با استفاده از رنگ­آمیزی کوماسی بریلینت بلو. A: اسپرم‌های گروه لحظه صفر؛ B: اسپرم‌های گروه کنترل لحظه 180 دقیقه؛ C: اسپرم‌های گروه تیمار شده با کادمیوم کلراید (10 میکرومولار)؛ D: اسپرم‌های گروه تیمار شده با ALA (50 میکرومولار) + کادمیوم کلراید (10 میکرومولار)؛ E: اسپرم‌های گروه تیمار شده با ALA (50 میکرومولار). (a: اسپرم­ با سر آبی رنگ، دارای آکروزوم سالم، b: اسپرم با سر بدون رنگ، دارای آکروزوم آسیب دیده).  بزرگنمایی: ×1000.

  ارزیابی میزان شکست  DNA اسپرم (SCD

 مقایسه تمامیت DNA اسپرم در گروه کنترل (180دقیقه) با گروه لحظه صفر تفاوت معنی­داری را نشان نداد (05/0p>‌). درصد شکست DNA اسپرم­ها در گروه تیمارشده با کادمیوم کلراید (10 میکرومولار) افزایش معنی­دار (001/0 (p< نسبت ‌به گروه کنترل (180دقیقه) داشت. درگروه‌های تیمار شده با ALA (50 میکرومولار) به همراه کادمیوم کلراید (10میکرومولار)، ALA توانست اثرات کادمیوم کلراید را به­طور معنی­داری (001/0 (p<نسبت‌ به گروه تیمار با کادمیوم کلراید جبران نماید و باعث کاهش شکست DNA اسپرم شود (05/0 (p<. ALA (50 میکرومولار) به‌تنهایی اثرات قابل ملاحظه‌ای بر DNA اسپرم به نسبت گروه کنترل (180دقیقه) نداشت (05/0p>‌) (نمودار 5 و شکل 4).

 

 

 

 

 

 

 

نمودار5: ارزیابی میزان شکست DNA اسپرم‌های انسان در گروه‌های مختلف. مقادیر به­صورت Mean±SD نشان داده شده است. میانگین­ها با کد حرف­های متفاوت دارای تفاوت معنی­دار نسبت به­هم می‌باشند (آنالیز واریانس یک‌طرفه، تست توکی، 6 n= برای هر گروه،  05/0p<).

 

شکل 4: ارزیابی میزان شکست DNA اسپرم‌های انسان در گروه‌های مختلف. A: اسپرم‌های گروه لحظه صفر؛ B: اسپرم‌های گروه کنترل (180 دقیقه)؛ C: اسپرم‌های گروه تیمار شده با کادمیوم کلراید (10 میکرومولار) D: اسپرم‌های گروه تیمار شده با ALA (50 میکرومولار) + کادمیوم کلراید (10 میکرومولار)؛ E: اسپرم‌های گروه تیمار شده با ALA (50 میکرومولار). (a: اسپرم با هاله­ی بزرگ و متوسط دارای DNA سالم؛ b: اسپرم با هاله­ی کوچک و بدون هاله، دارای شکستگی DNA)؛  بزرگنمایی: ×1000.

 ارزیابی پتانسیل غشای میتوکندری اسپرم

مقایسه پتانسیل غشای میتوکندری در گروه کنترل (180دقیقه) و گروه لحظه صفر نشان‌گر تفاوت قابل ملاحظه­ای بین این دو گروه نبود (05/0p>‌). بررسی اسپرم­های تیمارشده با کادمیوم کلراید (10میکرمولار) بیان‌گر کاهش معنی­دار (001/0 (p< پتانسیل غشای میتوکندری در این گروه نسبت به گروه کنترل بود. تیمار هم‌زمان اسپرم­ها با ALA (50 میکرومولار) و کادمیوم کلراید (10 میکرومولار) باعث افزایش معنی­دار (001/0  (p<پتانسیل غشای میتوکندری نسبت به گروه کادمیوم کلراید بود. استفاده از ALA (50 میکرومولار) به­تنهایی سبب  افزایش در تمامیت غشای میتوکندری نسبت به گروه کنترل شد ولی این افزایش معنی­دار نبود (05/0p>‌) (نمودار 6 و شکل 5).

 

 

 

 

 

نمودار 6: ارزیابی پتانسیل غشای میتوکندری اسپرم‌های انسان در گروه‌های مختلف. مقادیر به­صورت Mean±SD نشان داده شده است. میانگین­ها با کد حرف­های متفاوت دارای تفاوت معنی­دار نسبت به­هم می‌باشند (آنالیز واریانس یک‌طرفه، تست توکی، 6 n= برای هر گروه،  05/0p<).

 

شکل 5: ارزیابی پتانسیل غشای میتوکندری اسپرم‌های انسان در گروه‌های مختف با استفاده از رنگ­آمیزی رودامین 123. A: اسپرم‌های گروه لحظه صفر؛ B: اسپرم‌های گروه کنترل (180 دقیقه)؛ C: اسپرم‌های گروه تیمار شده با کادمیوم کلراید (10 میکرومولار)؛ D: اسپرم‌های گروه تیمار شده با ALA (50 میکرومولار) + کادمیوم کلراید (10 میکرومولار) E: اسپرم‌های گروه تیمار شده با ALA  (50 میکرومولار). (a: اسپرم‌ها با گردن سبز درخشان دارای میتوکندری سالم،  :bاسپرم‌ها با گردن غیر درخشان دارای میتوکندری معیوب)؛  بزرگنمایی: ×1000.

ارزیابی پراکسیداسیون لیپیدی - سنجش میزان مالون دی آلدئید (MDA)

میزان MDA در گروه کنترل (180دقیقه) نسبت به لحظه صفر تفاوت معنی­داری نداشت (05/0p>‌). میزان MDA در اسپرم‌های تیمار شده با کادمیوم کلراید (10 میکرومولار) نسبت به گروه کنترل، افزایش معنی­داری (001/0 (p<را نشان داد. تیمار همزمان اسپرم‌ها با ALA (50 میکرومولار) و کادمیوم کلراید (10 میکرومولار) باعث کاهش معنی­دار (001/0  (p< میزان MDA نسبت به گروه کادمیوم کلراید شد و میزان آن را تا حد گروه کنترل کاهش داد. میزان MDA اسپرم‌های تیمار با ALA (50 میکرومولار) تغییرات قابل ملاحظه­ای نسبت به گروه کنترل نشان نداد (05/0p>‌) (نمودار 7).

 

 

 

 

 

نمودار7: ارزیابی میزان مالون دی آلدئید (MDA) اسپرم‌های انسان در گروه‌های مختلف. مقادیر به­صورت Mean±SD نشان داده شده است. میانگین­ها با کد حرف­های متفاوت دارای تفاوت معنی­دار نسبت به­هم می‌باشند (آنالیز واریانس یک‌طرفه، تست توکی، 6 n= برای هر گروه،  05/0p<).

ارزیابی میزان ظرفیت آنتی­اکسیدانتی کل اسپرم (TAC)

میزان TAC در گروه کنترل (180دقیقه) تفاوت معنی­دار نسبت به گروه لحظه صفر نداشت (05/0p>‌). در گروه کادمیوم کلراید (10 میکرومولار) میزان TAC اسپرم کاهش معنی­داری (001/0  (p<را نسبت ‌به گروه کنترل نشان داد. در گروه ALA (50 میکرومولار) + کادمیوم کلراید (10 میکرومولار)، ALA توانست اثرات کادمیوم کلراید را بهبود بخشد و میزان ظرفیت TAC را نسبت‌ به گروه کادمیوم کلراید به­طور معنی­داری  (001/0  (p<افزایش دهد و به حد گروه کنترل برساند. تفاوت معنی­داری در میزان TAC اسپرم‌های تیمار شده با ALA (50 میکرومولار) ‌نسبت‌ به گروه کنترل مشاهده نشد (05/0p>‌) (نمودار 8).

 

 

 

 

 

نمودار 8: ارزیابی میزان ظرفیت کل آنتی­اکسیدانتی (TAC) اسپرم‌های انسان در گروه‌های مختلف. مقادیر به صورت Mean±SD نشان داده شده است. میانگین­ها با کد حرف­های متفاوت دارای تفاوت معنی­دار نسبت به­هم می‌باشند (آنالیز واریانس یک‌طرفه، تست توکی، 6 n= برای هر گروه،  05/0p<).

5- بحث

نتایج مطالعه حاضر نشان داد که کادمیوم کلراید به­عنوان یک فلز سنگین و یک آلاینده زیست محیطی باعث کاهش قابلیت تحرک، حیات، تمامیت غشای پلاسمایی، تمامیت آکروزوم و افزایش شکستگی DNA و شاخص­های استرس اکسیداتیو در اسپرم­های انسان شد و ALA توانست با خاصیت آنتی­اکسیدانتی خود اثرات مخرب کادمیوم کلراید بر روی این پارامترهای حیاتی اسپرم را جبران نماید.

مطالعات نشان داده­اند که افزایش غلظت فلزات سنگین از جمله کادمیوم در مایع منی افراد نابارور بیانگر رابطه مستقیم این آلاینده­ زیست محیطی با ناباروری مردان است (16). بر اساس گزارش­های سازمان بهداشت جهانی قابلیت تحرک و حیات اسپرم از پارامترهای کلیدی در باروری محسوب می­شوند و اختلال در این پارامترها باروری مردان را به­شدت به­مخاطره می­اندازد (17). در توافق با نتایج قبلی ما بر روی اسپرم موش و قوچ، کادمیوم کلراید موجب کاهش قابلیت تحرک و حیات اسپرم­ها شد (19، 18). میتوکندری یکی از اندامک­های مهم در تحرک اسپرم انسان می­باشد که با تولید  ATP انرژی لازم برای تحرک و بنابراین حیات اسپرم را فراهم می­کند (20). مطالعات نشان داده است که میتوکندری اولین اندامی است که تحت تاثیر سمیت کادمیوم قرار می­گیرد. کادمیوم با آسیب مستقیم بر میتوکندری و مختل نمودن مسیرهای میتوکندریایی باعث کاهش تولید ATPشده که متعاقباً قابلیت تحرک و حیات اسپرم را کاهش می­دهد. از طرف دیگر، از آن­جا که کادمیوم قادر است نقش کلسیم در سلول را تقلید ­کند، بر سر جایگاه­های اتصال با کلسیم رقابت می­کند، که ممکن است افزایش این فلز سنگین در سلول باعث راه­اندازی بسیاری از مسیرهای وابسته به کلسیم شود. به­علاوه، کادمیوم با اثر مستقیم بر روی کانال­های یونی ازجمله پمپ Na/k ATPase  و ایجاد اختلال در عملکرد آن­ها باعث تجمع سدیم در داخل سلول شده و در نتیجه موجب معکوس شدن عملکرد پمپ سدیم-کلسیم  می­شود. این امر به­نوبه خود تجمع بیش از اندازه سطح کلسیم در داخل سلول و میتوکندری را به­دنبال دارد که متعاقباً باعث مختل شدن عملکرد میتوکندری و کاهش قابلیت حیات اسپرم می­شود (21).

یکی دیگر از مکانیسم­های مطرح در خصوص سمیت ناشی از کادمیوم القای استرس اکسیداتیو در سلول می­باشد. بنابراین این امکان وجود دارد که کادمیوم با افزایش تولید رادیکال­های آزاد و غیرفعال کردن آنزیم­های سیستم دفاع آنتی­اکسیدانتی باعث القای استرس اکسیداتیو در اسپرم­ها شده باشد (22). این احتمال وجود دارد که استرس اکسیداتیو با افزایش پراکسیداسیون غشای میتوکندری، تمامیت غشای میتوکندری را مختل کرده و با آزاد نمودن فاکتورهای آپوپتوژنیک از جمله سیتوکروم c و فاکتور القاکننده آپوپتوزیس (Apoptosis inducing factor: AIF) از میتوکندری باعث افزایش شکستگی DNA، القای آپوپتوزیس و کاهش قابلیت حیات اسپرم شده باشد (23). در این خصوص مطالعه قبلی ما نشان داد که کادمیوم موجب القای شکستگی DNA و آپوپتوزیس در اسپرم­های انسان شد (24).

کادمیوم ممکن است با افزایش کلسیم داخل سلولی و تقلید نقش این یون آندونوکلئازهای وابسته به کلسیم که باعث تکه تکه شدن DNA می­شوند را فعال کند. علاوه بر این، افزایش سیتوزولی سطح کلسیم و تجمع آن در میتوکندری می تواند با اختلال در عملکرد منافذ انتقالی نفوذپذیری میتوکندری (mitochondrial permeability transition pore: MTP)، عوامل آپوپتوژنیک مانند فاکتور القاکننده آپوپتوزیس (AIF) و اندونوکلئاز G از میتوکندری را آزاد نماید. جابجایی این پروتئین­ها به هسته باعث تکه تکه شدن DNA می­شود (25).

القای استرس اکسیداتیو ناشی از کادمیوم احتمالاً می­تواند به­عنوان یکی از فرضیه­های مطرح در خصوص اختلالات ایجاد شده در تمامیت غشای پلاسمایی و القای زودرس واکنش آکروزومی نیز باشد. کادمیوم با القای استرس اکسیداتیو موجب افزایش پراکسیداسیون لیپیدهای غشا می­شود که با افزایش سطح MDA، کاهش ظرفیت سیستم دفاع آنتی­اکسیدانتی اسپرم (که با کاهش ظرفیت آنتی­اکسیدانتی کل و فعالیت آنزیم­های سیستم آنتی­اکسیدانتی مشخص می­شود) قابل تشخیص است (26). بنابراین در پژوهش حاضر این احتمال وجود دارد که کادمیوم کلراید با القای استرس اکسیداتیو توانسته است اثرات سمی خود را بر روی غشای پلاسمایی و آکروزوم و سایر پارامترهای حیاتی اعمال نموده باشد.

 نتایج ما نشان داد که کادمیوم کلراید باعث افزایش سطح پراکسیداسیون لیپیدی و کاهش ظرفیت آنتی­اکسیدانتی کل در اسپرم­ها شد. این نتایج می­تواند احتمال این­که اثرات سمی کادمیوم کلراید بر روی پارامترهای اسپرم از طریق استرس اکسیداتیو القا شده باشد را افزایش می­دهد. اگر این فرضیه درست باشد، کاربرد یک آنتی­اکسیدانت می­تواند اثرات منفی کادمیوم کلراید بر روی این پارامترها را برعکس نماید. نتایج ما نشان داد که در گروه کادمیوم کلراید + ALA، ALA نه تنها توانست اثرات مخرب کادمیوم کلراید را بر روی این پارامترها جبران نماید بلکه همچنین توانست پراکسیداسیون لیپید را کاهش و ظرفیت کل آنتی­اکسیدانتی را افزایش دهد. بنابراین این نتایج ممکن است تایید کند که کادمیوم کلراید اثرات سمی خود را بر روی این پارامترها به وسیله القای استرس اکسیداتیو و همچنین تضعیف سیستم آنتی­اکسیدانتی اسپرم اعمال کرده باشد.

ALA یک ترکیب آنتی­اکسیدانتی گوگردی است که دارای خواص مهار مستقیم رادیکال‌های آزاد است. اثر آنتی‌اکسیدانتی ALA را می‌توان به توانایی آن در مهار مستقیم گونه‌های اکسیژن فعال، توانایی کیلاسیون یون‌های فلزی و بازیابی آنتی‌اکسیدانت‌های سلولی نسبت داد. علاوه بر خواص آنتی اکسیدانتی، ALA سایر آنتی­اکسیدانت­های قوی مثل ویتامین C، ویتامین E، گلوتاتیون و کوآنزیمQ  را نیز بازسازی می‌کند (27). اگرچه مکانیسم دقیق آن شناخته شده نیست اما پیشنهاد می‌شود که ALA ترکیبات تیول یا گوگرد را که بعضی پروتئین‌ها برای انجام دادن وظایفشان از دست داده­اند، را برای آن‌ها فراهم می‌کند و سبب بازسازی آن‌ها می‌شود. ALA همچنین می‌تواند بیان پروتئین کینازC و پروتئین کیناز فعال شده توسط AMP (AMPK) را که آنزیم‌های کلیدی در بسیاری از مسیر‌های سیگنالینگ سلولی هستند، را تعدیل کند (28). 

در پژوهشی که برروی سلول‌های کبد آلوده به کادمیوم کلراید انجام شده مشخص شده است که کادمیوم سبب نقص در عملکرد گلوتاتیون از طریق غیر فعال کردن مسیر وابسته به فاکتور هسته­ای E2 (Nrf2) می‌شود. افزودن ALA به سلول‌های تیمار شده با کادمیوم سبب فعال شدن مجدد Nrf2 و بازسازی گلوتاتیون از طریق مسیرهای پایین دست  Y-GCL (آنزیم کلیدی برای سنتز گلوتاتیون) می­شود (29). همچنین ALA یک کوفاکتور اصلی برای بخش E2 کمپلکس آلفا کتواسیددهیدروژناز است و به آن برای کاهش استرس اکسیداتیو میتوکندری کمک می‌کند. ALA، هم‌چنین به‌عنوان یک کوآنزیم مهم در چرخه کربس عمل می‌کند و در تولید انرژی میتوکندری، به­خصوص در اسپرم که یک سلول متحرک است نقش دارد. در واقع یکپارچگی غشا و تامین انرژی فاکتور‌های مهمی هستند که تحرک اسپرم به آن‌ها بستگی دارد. ALA، با کنترل متابولیسم، افزایش آنزیم‌های میتوکندری و افزایش حفاظت در برابر رادیکال‌های آزاد موجب جلوگیری از غیرفعال شدن میتوکندری‌ها می‌شود و در نتیجه تامین میزان انرژی کافی جهت تحرک اسپرم را تضمین می‌کند (30). پیشنهاد شده است که افزودن ALA به محیط کشت سلول در شرایط آزمایشگاه سبب می‌شود که این آنتی­اکسیدانت یک لایه­ی محافظ در اطراف غشای سلول به­واسطه ساختار خاص خود ایجاد کند و باعث حفاظت سلول در مقابل آسیب اکسیدانت­های خارجی شود. این فرایند به‌صورت غیرمستقیم باعث عدم شکل‌گیری منافذ و شکست و نفوذ رادیکال‌های آزاد محیطی به­درون سلول می‌شود و درنتیجه سلول می‌تواند مقادیر بالاتری از حمله رادیکال‌های آزاد را تحمل کند (31).

6- نتیجه­گیری

القای استرس اکسیداتیو یکی از مکانیسم­های مهم آسیب­زایی کادمیوم کلراید به­عنوان یک آلاینده زیست محیطی است که می­تواند اثرات جبران ناپذیری بر سلامت سلول­ها داشته باشد. مطالعه ما نشان داد ALA به­عنوان یک آنتی­اکسیدانت با خنثی کردن رادیکال­های آزاد و تقویت سیستم آنتی­اکسیدانتی می­تواند اثرات مخرب ناشی از استرس اسیداتیو را جبران نماید. آن­جا که استرس اکسیداتیو و افزایش مارکرهای اکسیداتیو در بدن و مایع منی یکی از دلایل ناباروری در مردان شناخته شده است، ALA با حمایت مثبت سیستم دفاع آنتی­اکسیدانتی سلول می­تواند به­عنوان یک داروی کمکی در درمان ناباروری­های ناشی از استرس اکسیداتیو مورد استفاده قرار گیرد.

7- حمایت مالی

این پژوهش با حمایت مالی دانشگاه اراک انجام شده است.

8- تعارض در منافع

نویسندگان مقاله هیچگونه تعارض منافعی ندارند. نتایج این مطالعه مورد تایید همه نویسندگان مقاله می­باشد.

9- تشکر و قدردانی

 ازمسئولین محترم مرکز فوق تخصصی درمان ناباروری امید رویان اراک که درتحویل نمونه در این پژوهش ما را یاری نمودند کمال سپاسگزاری را داریم.

-

  1. Li Y, Tao H, Cao H, Wan X, Liao X. Achieving synergistic benefits through integrated governance of cultivated cadmium contamination via multistakeholder collaboration. Nature Communications. 2024;15(1):9817.
  2. Liu J, Wang E, Xi Z, Dong J, Chen C, Xu P, et al. Zinc mitigates cadmium-induced sperm dysfunction through regulating Ca2+ and metallothionein expression in the freshwater crab Sinopotamon henanense. Comparative Biochemistry and Physiology Part C: Toxicology & Pharmacology. 2024;279:109860.
  3. Ali W, Ma Y, Zhu J, Zou H, Liu Z. Mechanisms of Cadmium-Induced Testicular Injury: A Risk to Male Fertility. Cells. 2022;1.
  4. Salehi B, Berkay Yılmaz Y, Antika G, Boyunegmez Tumer T, Fawzi Mahomoodally M, Lobine D, et al. Insights on the use of α-lipoic acid for therapeutic purposes. Biomolecules. 2019;9(8):356.
  5. Singh U, Jialal I. Retracted: Alpha-lipoic acid supplementation and diabetes. Nutrition reviews. 2008;66(11):646–57.
  6. Shaygannia E, Ghandehari-Alavijeh R, Tavalaee M, Nasr-Esfahani MH. The protective effects of alpha lipoic acid on human sperm function during freezing-thawing. Cryoletters. 2020;41(6):344–50.
  7. Ibrahim SF, Osman K, Das S, Othman AM, Majid NA, Rahman MPA. A study of the antioxidant effect of alpha lipoic acids on sperm quality. Clinics. 2008;63:545–50.

8.Sanità O mondiale della. WHO laboratory manual for the examination and processing of human semen. World Health Organization; 2010.

  1. Marchiani S, Tamburrino L, Farnetani G, Muratori M, Vignozzi L, Baldi E. Acute effects on human sperm exposed in vitro to cadmium chloride and diisobutyl phthalate. Reproduction (Cambridge, England). 2019 Sep;158(3):281–90.
  2. Sutradhar BC, Park J, Hong G, Choi SH, Kim G. Effects of trypsinization on viability of equine chondrocytes in cell culture. Pak Vet J. 2010;30(4):232–8.
  3. Zhang Y, Xie QX, Pan SP, Zhang CX, Xiao LJ, Peng YL. Comparison of three methods for evaluating acrosome reaction in human spermatozoa. Zhonghua nan ke xue= National Journal of Andrology. 2005;11(6):419–21.
  4. Modica-Napolitano JS, Aprille JR. Basis for the selective cytotoxicity of rhodamine 123. Cancer research. 1987;47(16):4361–5.
  5. Zhang Y, Li S, Li S. Relationship between cadmium content in semen and male infertility: a meta-analysis. Environmental science and pollution research. 2019;26:1947–53.
  6. Sati L, Huszar G. Sperm motility and viability: overview of the cellular and physiological aspects that support these functions. eur med j. 2015;1:74–80.
  7. Khavari A, Momeni HR, Khodaee M, Choobineh T. The effect of silymarin on motility and viability of ram sperm treated with cadmium. 2013;32.
  8. Momeni HR, Chehrei S, Atabaki Z, Eskandari N. Study of the effect of curcumin on sperm parameters dysfunction induced by cadmium in mice. Pajoohandeh Journal. 2015;20(2):54–62.
  9. Piomboni P, Focarelli R, Stendardi A, Ferramosca A, Zara V. The role of mitochondria in energy production for human sperm motility. International journal of andrology. 2012;35(2):109–24.
  10. Mao W, Zhang N, Zhou F, Li W, Liu H, Feng J, et al. Cadmium directly induced mitochondrial dysfunction of human embryonic kidney cells. Human & Experimental Toxicology. 2011 Aug;30(8):920–9.
  11. Li R, Luo X, Li L, Peng Q, Yang Y, Zhao L, et al. The protective effects of melatonin against oxidative stress and inflammation induced by acute cadmium exposure in mice testis. Biological trace element research. 2016;170(1):152–64.
  12. Ge J, Zhang C, Sun YC, Zhang Q, Lv MW, Guo K, et al. Cadmium exposure triggers mitochondrial dysfunction and oxidative stress in chicken (Gallus gallus) kidney via mitochondrial UPR inhibition and Nrf2-mediated antioxidant defense activation. Science of the Total Environment. 2019;689:1160–71.
  13. Etemadi T, Momeni HR, Ghafarizadeh AA. Impact of silymarin on cadmium‐induced apoptosis in human spermatozoa. Andrologia. 2020;52(11):e13795.
  14. Wang S, Ren X, Hu X, Zhou L, Zhang C, Zhang M. Cadmium-induced apoptosis through reactive oxygen species-mediated mitochondrial oxidative stress and the JNK signaling pathway in TM3 cells, a model of mouse Leydig cells. Toxicology and applied pharmacology. 2019;368:37–48.
  15. El-Taieb MA, Ali MA, Nada EA. Oxidative stress and acrosomal morphology: A cause of infertility in patients with normal semen parameters. Middle East Fertility Society Journal. 2015;20(2):79–85.
  16. Lee SR, Jeong MH, Lim SY, Hong SN, Kim KH, Sohn IS, et al. The effect of alpha lipoic acid (Thioctacid HR®) on endothelial function in diabetic and hypertensive patients. Korean circulation journal. 2006;36(8):559–64.
  17. Ajith TA. Alpha‐lipoic acid: A possible pharmacological agent for treating dry eye disease and retinopathy in diabetes. Clinical and Experimental Pharmacology and Physiology. 2020;47(12):1883–90.
  18. Zhang J, Zhou X, Wu W, Wang J, Xie H, Wu Z. Regeneration of glutathione by α-lipoic acid via Nrf2/ARE signaling pathway alleviates cadmium-induced HepG2 cell toxicity. Environmental Toxicology and Pharmacology. 2017;51:30–7.
  19. Ghandehari Alavijeh R, Shaygannia E, Tavalaee M, Nasr-Esfahani MH. Effect of alpha-lipoic acid antioxidant on sperm parameters and treatment of infertile men. Medical Science Journal of Islamic Azad Univesity-Tehran Medical Branch. 2020;30(1):16–24.
  20. Haghighian HK, Haidari F, Mohammadi-Asl J, Dadfar M. Randomized, triple-blind, placebo-controlled clinical trial examining the effects of alpha-lipoic acid supplement on the spermatogram and seminal oxidative stress in infertile men. Fertility and sterility. 2015;104(2):318–24.

 

سلول و بافت
دوره 16، شماره 1
بهار 1404
صفحه 51-69

  • تاریخ دریافت 04 تیر 1404

صفحه اصلی

راهنمای نویسندگان

ارسال مقاله

سرقت ادبی

تماس با ما