Influencia de la altitud en la función reprodutiva masculina

Introducción

La presión atmosférica (760 mmHg a nivel del mar) disminuye con la altitud, al igual que las presiones parciales de sus componentes (O2, N2, CO2). En condiciones normales el oxígeno constituye el 21% de los gases atmosféricos. Cuando se disminuye su presión parcial en el aire alveolar, la saturación de la hemoglobina y el contenido y transporte sanguíneo de oxígeno disminuyen, reduciéndose el aporte de oxígeno a los tejidos (Vargas et al, 2011).

La elevada altitud es un entorno complejo en el que, además de la evidente hipoxia, se producen condiciones de frío, fuerte radiación ultravioleta (UV), viento y/o estrés físico. De todas ellas, la hipoxia es la que más afecta a la salud, influyendo también en la fertilidad (Luo et al, 2011). Cabe destacar que esta afectación es mucho más sustancial en hombres que se trasladan a elevadas altitudes que en aquellos que residen de forma habitual en este entorno, cuyos parámetros seminales son comparables con los de hombres residentes a nivel del mar (Liao et al, 2010). Este hecho sugiere que existe un mecanismo adaptativo frente condiciones hipóxicas.

Se sabe que la hipoxia hipobárica altera la función reproductiva masculina, ya que ejerce un efecto inhibitorio sobre las células en división, pudiendo afectar a la espermatogénesis. El organismo reacciona a la hipoxia mediante mecanismos adaptativos como la angiogénesis o la vasodilatación, con el fin de incrementar el aporte sanguíneo a los tejidos y compensar la falta de oxígeno. Sin embargo, esta respuesta produce un aumento de 1,5 ºC en la temperatura testicular, lo cual perjudica la espermatogénesis (Vargas et al, 2011). Otras reacciones  causadas por la hipoxia serían la producción de radicales libres o la peroxidación de lípidos, así como la alteración de los niveles de hormonas como la prolactina, la LH, la FSH o la testosterona, todas ellas implicadas en procesos reproductivos (He et al, 2015).

Producción de ROS y daños en DNA espermático

La producción de especies reactivas de oxigeno (ROS) causa un daño oxidativo en biomoléculas como proteínas, carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos. Se pueden encontrar sistemas antioxidantes tanto en el citoplasma como en el plasma seminal, sin embargo, un exceso de ROS podría dañar la membrana plasmática debido a su alto contenido en ácidos grasos poliinsaturados que pueden sufrir peroxidación. A esto le seguiría un daño estructural en el DNA e incluso la muerte celular (Vargas et al, 2011).

Por otra parte, las ROS podrían afectar al número de copias del DNA mitocondrial (mtDNA), ya que actúan como reguladoras de este número de copias estimulando el inicio de la replicación por círculo rodante promovida por una ruptura de doble hebra en el origen de replicación mitocondrial Ori5 (Luo et al, 2011). En el estudio realizado por el equipo de Luo et al se observó un aumento en el número de copias de mtDNA en hombres que pasaron 30 días a 5300 metros de altitud, mientras que si permanecían a dicha altura durante un año este parámetro se normalizaba (Fig. 1).

Fig. 1. Cambios en el número de copias de mtDNA en el esperma a diferentes altitudes. El número de copias tras 1 mes a 5300 metros fue significativamente más alto que tras 1 año a dicha altura y que a altitudes más bajas. Se midió el ratio 16S rRNA/GAPDH, el cual refleja el número relativo de copias de mtDNA.

Luo et al, 2011

El mtDNA puede ser dañado de forma relativamente sencilla por el estrés oxidativo, ya que se localiza cerca de la membrana mitocondrial interna, y por tanto cerca de la cadena de electrones, la mayor fuente de producción de ROS. Además, en la mitocondria no se ha encontrado ningún sistema de reparación de DNA ni proteínas "protectoras" del DNA como histonas o protaminas. Así mismo, un incremento del número de copias del mtDNA no se ha asociado con un elevado estrés oxidativo, y se entiende como un mecanismo compensatorio de una disminución de la función mitocondrial para promover energía e intentar mantener una función normal durante la hipoxia.

Integridad del DNA espermático

La integridad del DNA es un dato importante a tener en cuenta a la hora de evaluar la infertilidad masculina, y está asociada con la actividad espermática. El incremento en el ratio o el nivel de cromatina de hebra sencilla podría causar la muerte del espermatozoide o disminuir su actividad, minimizando la calidad espermática. En un estudio realizado por Luo et al (2011) se observó que la altitud también afectaba a la integridad del DNA, añadiendo otro efecto negativo sobre la función reproductiva masculina (Fig 2).

Fig 2. Ratio de integridad del DNA en 10000 espermatozoides a diferentes altitudes. El ratio a alta altitud durante un mes fue significativamente más bajo en comparación con el ratio tras un año en altitud y con altitudes más bajas.

Luo et al, 2011

La adaptación

Anteriormente se postulaba un mecanismo adaptativo a la hipoxia, el cual fue investigado por el grupo de He et al (2015). Este grupo recogió 4 muestras de sangre y semen a 52 hombres: antes del experimento (M0), tras 6 (M6) y 12 (M12) meses en altitud (a 5380 metros) y 6 meses tras el fin del experimento (M18). Seguidamente midieron tanto parámetros seminales (volumen, contaje, densidad, motilidad, tasa de supervivencia y tiempo de licuefacción) como niveles hormonales (prolactina, hormona luteinizante, hormona folículo-estimulante y testosterona testosterona).

La prolactina (PRL) es una hormona proteica secretada los lactotropos de la adenohipófisis, cuya función en hombres es promover el crecimiento de la próstata y las vesículas seminales (Nevalainen et al, 1997). La hormona folículo-estimulante (FSH) es una hormona proteica glicosilada secretada por los gonadotropos de la adenohipófisis y promotora de la espermatogénesis mediante la estimulación de las células de Sertoli (Kumar et al, 2003). La testosterona, secretada principalmente por las células de Leydig de los testículos, es el andrógeno más importante, y su síntesis está regulada por la hormona luteinizante (LH), producida, al igual que la FSH, por los gonadotropos (Bjelic et al, 2014). Al estar involucradas en la función espermática, se cree que también podrían verse afectadas tras la exposición a alta altitud.  Los resultados se muestran en las figuras 3 y 4.

Fig 3 (A-F). Calidad del semen antes, durante y después de la exposición a hipoxia a alta altitud. *=p<0.05 en comparación con M0 ; **=p<0.01 en comparación con M0 ; #=p<0.05 en comparación con M6 ; ##=p<0.01 en comparación con M6 ; &=p<0.05 en comparación con M12 ; &&=p<0.01 en comparación con M12.

He et al, 2015

Se produjo una disminución significativa del contaje, la densidad, la motilidad y la tasa de supervivencia, y un aumento significativo del tiempo de licuefacción tras 6 meses de hipoxia. Transcurridos 12 meses en condiciones de hipoxia, la motilidad y la tasa de supervivencia se redujeron aún más, mientras que el contaje y la densidad comenzaron a recuperarse, mostrando signos de adaptación. Seis meses después de la exposición, todos los valores volvieron a niveles comparables con la primera muestra tomada (M0).

Fig. 4 (A-D). Niveles de hormonas reproductivas antes, durante y después de la exposición a hipoxia a alta altitud. *=p<0.05 en comparación con M0 ; **=p<0.01 en comparación con M0 ; #=p<0.05 en comparación con M6 ; ##=p<0.01 en comparación con M6 ; &=p<0.05 en comparación con M12 ; &&=p<0.01 en comparación con M12.

He et al, 2015

Se encontraron niveles más altos de FSH y más bajos de PRL, LH y testosterona en M6. En M12 se comenzó a observar el efecto contrario (disminución de FSH y aumento de PRL, LH y testosterona), apoyando de nuevo la hipótesis de la adaptación. Destacaron los niveles de testosterona en M18, significativamente más altos que en M0, lo cual sugiere un posible efecto rebote.

En cuanto a la discusión de estos resultados, se sabe que la hipoxia produce una disminución en el oxígeno transportado por la hemoglobina, afectando por tanto a los procesos metabólicos dependientes de oxígeno. Por lo tanto, los posibles mecanismos causantes de la disminución de la producción espermática y la motilidad podrían ser la isquemia y el mal funcionamiento de las células de los túbulos seminíferos, causados por un incremento en la viscosidad sanguínea y un peor retorno venoso (Verrati et al, 2008).

Por otra parte, aunque tanto la LH como la FSH se estimulan por la GnRH, poseen mecanismos regulatorios específicos, lo que explicaría los diferentes patrones de respuesta en casos de hipoxia. La síntesis de testosterona requiere la acción combinada de enzimas y colesterol en la en las células de Leydig, reguladas por LH. La disminución tanto de la LH como de la testosterona se podría deber al descenso de la actividad de la esteroide deshidrogenasa de la mitocondria en condiciones de hipoxia (Richalet et al, 2010).

Tratamiento

Como una posible solución al daño producido por la hipoxia, el equipo de Vargas et al realizó un experimento en el que, tras ratificar el daño que la hipoxia producía en los parámetros reproductivos masculinos (Tabla 1), trataron a las ratas participantes con ibuprofeno y melatonina.

El ibuprofeno es un AINE (antiinflamatorio no esteroideo) que posee acción anti-angiogénica y que disminuye la vasodilatación, mediante el bloqueo de la actividad de HIF-1α y la consecuente disminución de la expresión de VEGF (Palayoor et al, 2003).

Por otra parte, se sabe que la melatonina ejerce un papel protector contra el estrés oxidativo celular, reduciendo de forma significativa el daño por ROS tanto in vivo como in vitro (Vargas et al, 2011). Además, protege tanto al DNA nuclear como a las membranas nucleares y plasmáticas (Lena et al, 2003). Difunde fácilmente a través de las membranas, y sus mecanismos de actuación incluyen la capacidad de unión a radicales y especies reactivas, la inducción de enzimas antioxidantes, la inhibición de la óxido nítrico sintasa o la estabilización de las membranas. Los resultados se muestran en la Tabla 1.

Parámetro	Control (NT)	Melatonina	Ibuprofeno	p-valor
Contaje Epididimario (106 spz/mg epidídimo)	37	22,01	13,25	P<0,001
Morfología anormal (%)	22,25	15,5	12,3	P<0,01
% de spz con DNA descondensado	5,01	2,07	4.51	P<0,001
Estabilidad del DNA (%)	0,219	0,36	0,611	P<0,001
Peroxidación lipídica (nmol/tbars)	53,62	78,37	72,25	P<0,001

Tabla 1. Efectos de la melatonina y el ibuprofeno en los parámetros reproductivos de ratas expuestas a hipoxia. NT= no tratada. Los resultados significativos se han resaltado en negrita

Vargas et tal, 2011

Los resultados corroboraron la hipótesis de partida, ya que tras la administración de ibuprofeno se produjo una mejora significativa del contaje epididimario, una disminución de la teratozoospermia y un aumento en la estabilidad del DNA. Este efecto protector se produjo, como ya se ha mencionado, gracias a su acción antiangiogénica, la cual provocaba un aumento de temperatura contrastada por el ibuprofeno.

Por otra parte, la melatonina ejerció también un efecto protector, disminuyendo de forma significativa la teratozoospermia, el porcentaje de espermatozoides con DNA descondensado (mejorando por tanto la estabilidad) y el grado de peroxidación lipídica.

En conclusión, el tratamiento con estas dos sustancias podría solucionar en cierta medida los problemas seminales asociados a la hipoxia derivada de la altitud.

Conclusiones

• El principal problema de la exposición a elevadas altitudes es la hipoxia, la cual afecta, entre otras cosas, a la función reproductora masculina mediante diversos mecanismos. 
• La producción de ROS derivada de la hipoxia incrementa tanto la cantidad de copias del mtDNA como el daño del DNA nuclear espermático. 
• Es posible paliar los efectos de la hipoxia mediante el tratamiento con antiangiogénicos y antioxidantes. 
• Los efectos de la hipoxia son reversibles, lo cual sugiere un mecanismo adaptativo. 

Bibliografía

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