در مطالعات مشخص شده است که اسپرماتوزوآ بالغ انسان اغلب سطوح بالایی از قطعه قطعه شدن DNA را نشان می­دهد که این آسیب DNA، یک عامل مهم در تعیین عملکرد اسپرم می­باشد و با طیف گسترده­ای از عوارض جانبی بالینی در ارتباط است. از جمله این عوارض می­توان به افزایش اختلالات در مرحله­ لقاح و پیش از لانه گزینی،کم شدن میزان لانه گزینی، نقص در رشد و نمو جنین و بروز سقط جنین اشاره کرد(R. Aitken & De Iuliis, 2010).
بازهایDNA به آسیب اکسیداتیو حساس بوده که در نتیجه سبب قطعه قطعه شدن DNA و آسیب جزیی در DNAسلول­ها مانند اسپرم می­شوند که می ­تواند منجر به عوارضی در فرزندان از جمله : بیماری­های ژنتیکی غالب مانند آکندروپلازیا، شرایط عصبی پیچیده مانند اسکیزوفرنی، صرع، بیماری دو قطبی، اوتیسم و با افزایش ناهنجاری­های مادرزادی سبب افزایش نرخ مرگ و میر و سقط می­ شود(Singh, Muller, & Berger, 2003).
هنگامی­که آسيب اکسیداتیو وسيع باشد، آپوپتوز يا مرگ برنامه­ريزي شده سلول^[15] و فراگمنته شدن ژنوم جنين رخ مي­دهد و در مواقعی که آسیب­های اکسیداتیو کمتر است، لقاح اتفاق می­افتد اما اووسیت باید شکست­های DNA را ترمیم کند(Kodama, Yamaguchi, Fukuda, Kasai, & Tanaka, 1997).
آپوپتوز يا مرگ برنامه­ريزي شده سلول، يک پاسخ غيرالتهابي به آسيب­هاي بافتي است که توسط يکسري تغييرات بيوشيميايي و ريخت­شناختي^[16] مشخص مي­گردد. اين فرآيند ظرفيت سلول­هاي سرتولي را از طريق کنترل توليد بالاي گامت­هاي نر و حذف اسپرماتوزوآهاي غيرطبيعي حفظ مي­نمايد. ROS با فعال­سازي کاسپازها يک واکنش زنجيره­اي را آغاز مي­کنند و سرانجام منجر به آپوپتوز مي­گردند(Agarwal, Makker, & Sharma, 2008).
همچنين ROS مي­تواند به DNA­ی ميتوکندريايي نسبت به DNA­ی هسته­اي آسيب­ بيشتري برساند. بعد از القای ROS، آسیب­های وارده به DNA افزایش یافته و از طریق فعال شدن سیتوکروم C و در نهایت فعال شدن کاسپاز3 در تمام سلول­های زایا از جمله اسپرماتوسیت اولیه، اسپرماتوسیت ثانویه، اسپرماتوگونیا و اسپرماتوزوآ، آپوپتوز مشاهده می­ شود. در نتیجه تعداد اسپرم کاهش یافته و حالت اولیگواسپرمی ایجاد می­ شود. گمان مي­رود که چنين آسيب­هايي مي­توانند عامل بيماري­هايي چون ناباروري در انسان باشند. مجاورت نزديک­DNA­ی ميتوکندري به زنجيره انتقال الکترون، مکانيسم­هاي ناکارآمد ترميم DNA و فقدان هيستون­ها که مسبب فشردگي ساختار کروماتين هستند، به عنوان دلايل حساسيت DNA­ی ميتوکندري پيشنهاد مي­شوند(George, Jiao, Bishop, & Lu, 2012).
1-2-6-1-2- اهمیت سلامت DNA اسپرم
تراکم کروماتین اسپرم نقش مهمی در حفاظت از ژنوم پدر، در فرایند لقاح و باروری تخمک دارد. در نتیجه بررسی سلامت DNAاز اهمیت خاصی برخوردار است.
همچنین در تحقیقات گذشته نشان داده شده است که:

• • بین پارامترها­ی اسپرم وآسیب­هایDNA رابطه معکوس وجود دارد(R. Mahfouz et al., 2010).

• • در افراد نابارور میزان شکستDNA بیشتر است(Turner & Lysiak, 2008).

• • بین میزان لقاح و آسیبDNA رابطه معکوس وجود دارد(Agarwal & Allamaneni, 2005).

• • در همسران بیمارانی که دارای میزان قابل توجهی شکستDNA اسپرم هستند میزان سقط افزایش می­یابد(Jiang, He, Wang, & Zhu, 2011).

از این رو بررسي و ارائه راهکارهايي در زمينه آسيب DNA­ی اسپرم مي­تواند براي درمان زوج­هاي نابارور حياتي باشد.
1-2-6-2- استرس اکسیداتیو در اسپرم
اسپرماتوزوآ نیز همانند دیگر سلول­هایی که در شرایط هوازی زندگی می­ کنند، با تضادی در مورد اکسیژن مواجه است. یعنی از یک سو برای بقاء خود به اکسیژن نیازمندند و از سوی دیگر متابولیت­های اکسیژن نظیر ROS­ها می­توانند برای بقاء سلول مضر باشند. در نتیجه ROS تولید شده در سلول باید مدام غیر­فعال شود به طوری که غلظت آن همیشه در حد بسیار اندک برای عملکرد طبیعی سلول باشد و اگر تعادلی بین تولید و حذف ROS نباشد، منجر به ایجاد شرایط استرس اکسیداتیو می­ شود(Saleh & HCLD, 2002; Turner & Lysiak, 2008).

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

در واقع به علت این که میزان سیتوپلاسم اسپرم بالغ کم است و غلظت آنزیم­ های از بین برنده­ی ROS در اسپرم اندک می­باشد، اسپرم بیش از دیگر سلول­ها مستعد ایجاد استرس اکسیداتیو است. در ضمن، به علت این که غشاء اسپرم حاوی مقادیر بالایی از اسید­های چرب غیر­اشباع می­باشد، آسیب­پذیری آن در برابر استرس اکسیداتیو زیاد است. همچنین به دلیل شکل خاص اسپرم، آنزیم­ های آنتی­اکسیدان داخل سلولی نمی ­توانند غشاء پلاسمایی احاطه کننده­ آکروزوم و دم را حفاظت نمایند(Fanaei, Azizi, & Khayat, 2013).
1-2-6-3- استرس اکسیداتیو و بیماری­های دیگر
استرس اکسیداتیو در دیگر بیماری­های انسان از جمله: آترواسکلروز، سرطان، دیابت، آسیب کبدی، روماتوئید آرتریت، آب مروارید،ایدز، بیماری­های التهابی روده، پارکینسون، بیماری نورون حرکتی و شرایط مرتبط با تولد زودرس دخیل است( Pasqualotto, F et al., 2000).
1-2-7- اثراتROS
1-2-7-1- پراکسیداسیون لیپیدی غشای پلاسمایی اسپرم
اسیدهای چرب که حاوی بیش ازدوکربن با پیوند دو گانه هستند اسیدهای چرب غیر اشباع (PUFA^[17]) نامیده می­شوند. لیپیدهای موجود درغشای پلاسمایی اسپرم که به شکل اسیدهای چرب غیر اشباع هستند از حساس­ترین مولکول­ها می­باشند. حملات ROSبه PUFA در غشای سلولی منجر به شروع آبشاری ازواکنش­های شیمیایی بنام پراکسیداسیون لیپیدی می­ شود که این پراکسیداسیون لیپیدی برای تحرک اسپرم، ظرفیت­یابی اسپرم و نفوذ به اووسیت ضروری می­باشد(J. Aitken, Buckingham, & Krausz, 1994; R. J. Aitken, Clarkson, & Fishel, 1989).
1-2-7-2- اثر روی تحرک اسپرم
پراکسیداسیون لیپیدی یک علت عمده برای از دست دادن تحرک دراسپرم است، در نتیجه افزایش سطح ROS با کاهش تحرک اسپرم ارتباط دارد. با این حال، مکانیسم دقیقی برای این رویداد مشخص نیست.
یک فرضیه حاکی از آن است که H2O2 از سراسر غشاء به داخل سلول­ها منتشر شده و مانع از فعالیت برخی آنزیم­ های حیاتی مانند گلوکز 6- فسفاتدهیدروژناز (G6PD) می­ شود و از طریق شنت هگزوز منوفسفات، دسترسی درون سلولی نیکوتین آمید آدنین دی­نوکلئوتید فسفات (NADPH) را کنترل می­ کند. NADPH به عنوان یک منبع الکترون توسط اسپرم برای تولید ROSاستفاده می­ شود. مهار G6PD منجر به کاهش NADPH و تجمع گلوتاتیون اکسیده می­ شود که می ­تواند دفاع آنتی­اکسیدانی اسپرماتوزوآ را کاهش و پر­اکسیداسیون فسفولیپیدهای غشاء را افزایش دهد(Gomez, Irvine, & Aitken, 1998; Suleiman, Ali, Zaki, EL‐MALIK, & Nasr, 1996)
1-2-8- ROS و استرس اکسیداتیو مایع منی
هنگامیکه تعادل بین ROS تولیدی و آنتی اکسیدان­ها از بین می­رود، آسیب­های اکسیداتیو قابل توجهی برای اکثر ارگانل­های سلولی به دلیل آسیب دیدن کربوهیدرات­ها، پروتئین­ها، لیپیدها و DNA رخ داده و در نهایت منجر به مرگ سلول می­ شود. غشای پلاسمایی اسپرم غنی از اسیدهای چرب غیر­اشباع است و به راحتی توسط ROS، تحت پراکسیداسیون لیپیدی قرار می­گیرد. لوکوسیت­ها و اسپرماتوزوآي نابالغ موجود در منی، H₂O₂ را از طریق سیستم NADPH اکسیداز تولید می­ کنند. پراکسیداسیونH₂O₂ سمی­ترین شکل ROS برای اسپرماتوزوآ می­باشد و به علت نفوذ به غشا به­راحتی ارگانل­های سلولی را تحت تاثیر قرار می­دهد. این در حالی است که غشا نسبت به رادیکال هیدروکسیل نفوذناپذیر بوده و اثر نمودن آنها زمان­بر است. در بافتی مانند بیضه با متابولیسم بالا، استرس اکسیداتیو می ­تواند آسیب­رسان باشد، بنابراین ظرفیت آنتی­اکسیدان­های بافت بسیار مهم است.
امروزه مطالعات زیادی مبنی بر اینکه استرس اکسیداتیو در حضور آنتی­اکسیدان­ها بر عملکرد اسپرم طبیعی تاثیر نداشته و در نتیجه باروری اتفاق افتاده است، وجود دارد( Pasqualotto, F et al., 2000) .
1-2-9- ROS و ناباروری
بطور معمول در مردانی که علت ناباروری آن­ها ناشناخته است، برهم خوردن توازن بین ROS و آنتی­اکسیدان­ها، از دلایل محتمل ناباروری است(Agarwal et al., 2006). طی مطالعات اخیر، در نمونه­های منی 25 تا 40 درصد مردان نابارور مقادیر بالایی از ROS گزارش شده است. همچنین در نمونه­های منی مردان بارور، ظرفيت کلي آنتي‌اکسيداني^[18] (TAC) بالاتر از مردان نابارور است(Lewis, Boyle, McKinney, Young, & Thompson, 1995). از طرف دیگر، نیمی از مردان اولیگواسپرمی، سطح بالایی از ROS را در مایع منی نشان می­ دهند(R. J. Aitken et al., 1989). حمله ROS به اسپرم، سبب کاهش بقا و افزايش نقص در شکل ظاهري اسپرم مي­شود(E De Lamirande & Gagnon, 1992)،که این آسیب وارده به عوامل متفاوتی نظیر مقدار و مدت زمان تماس سلول با عامل اکساينده، اکسيژن، دما، غلظت يون‌ها، پروتئين‌ها و مهارکننده‌هاي ROS بستگي دارد. در مطالعاتی مشخص شده است که غلظت پائين پراکسيد هيدروژن، روي تحرک اسپرم اثري ندارد، اما از نفوذ اسپرم به اووسيت ‌جلوگیری مي‌کند(R. Aitken, Harkiss, & Buckingham, 1993).
شکل(1-2): ارتباط بین افزایش تولید ROS با ناباروری(Singh et al., 2003).
1-2-10- آنتی اکسیدان­ها
از عوامل از بین برنده­ی رادیکال­های آزاد می­توان به آنتی اکسیدان­هااشاره کرد که به­عنوان سد دفاعی سلول، در برابر استرس اکسیداتیو عمل می­ کنند. آنتی­اکسیدان­ها به پنج گروه تقسیم­ می­شوند:
1) ترانس­فرین^[19]­، هموپکسین^[20] از پروتئین­هایی هستند که سبب کاهش دسترسی سلول به پیش اکسیدان­هایی مانند آهن و مس می­شوند.
2) آنزیم­ های کاتالاز، پر­اکسیداز، سوپراکسید دیسموتاز^[21](SOD) از جمله عواملی هستند که سبب از بین بردن رادیکال­های آزاد و دیگر انواع ROS می­شوند.
3) پروتئین­هایی که سبب حفظ مولکول­های زیستی در برابر استرس اکسیداتیو می­شوند، مانند: پروتئین­های شوک حرارتی^[22].
4) α-توکوفرول^[23]، گلوتاتیون از مولکول­هایی هستند که دارای وزن مولکولی پائین بوده و می­توانند ROS را به دام اندازند.
5) ویتامین­های E و C ازجمله عواملی هستند که به صورت غیرآنزیمی در بیضه به عنوان آنتی­اکسیدان عمل می­ کنند(Agarwal & Sekhon, 2010).
1-2-10-1- نحوه عملکرد آنتی­اکسیدان­ها به دو روش طبقه بندی می­ شود:

• • شکستن زنجیره: زمانی که یک رادیکال آزاد الکترونی را جذب کرده یااز دست می­دهد، رادیکال دوم تشکیل می­ شود. سپس این مولکول همین کار را با مولکول سوم انجام می­دهد. این روند تا زمانی ادامه می­یابد که طی آن رادیکال بوسیله یک آنتی­اکسیدان شکننده زنجیره مانند بتا کاروتن و ویتامین­ها تثبیت ­شود، یا به­راحتی به یک محصول بی ضرر تبدیل شود.

• • راه بازدارنده: آنزیم­ های آنتی­اکسیدان مانند سوپراکسید دسموتاز ، کاتالاز و گلوتاتیون پراکسیداز با کاهش میزان تشکیل زنجیره از اکسیداسیون جلوگیری می­ کنند. چنین آنتی­اکسیدان­هایی با یافتن رادیکال­های آغاز­گر می­توانند یک زنجیره اکسیداسیون را برای همیشه متوقف سازند. همچنین می­توانند با تثبیت رادیکال­های فلزی مانند مس و آهن از اکسیداسیون جلوگیری کنند(Agarwal, Nallella, Allamaneni, & Said, 2004).

عمده­ترين آنزيم­های آنتي­اکسيدانی که در بافت بیضه پستانداران بيان می­شوند عبارتند از: سوپراکسيد ديسموتاز، کاتالاز و گلوتاتيون پراکسيداز(Zini & Schlegel, 1997). همچنین برخی عوامل غيرآنزيمي که به عنوان آنتی­اکسیدانی در بيضه عمل می­ کنند می­توان به ويتامين C، ويتامين E و ملاتونين اشاره کرد که در کاهش استرس اکسيداتيو بيضه موثر مي­باشند(Choudhary, Chawala, Soni, Kumar, & Vyas, 2010; Lewin & Lavon, 1997; Park, Park, Lee, & Shin, 2003; Uguralp, Usta, & Mizrak, 2005; Zini & Schlegel, 1997).
در جدول (1-1) مکانيسم عملکرد برخی از آنتی اکسيدان­هاي مهم ذکر شده است.
جدول(1-1): انواع آنتی­اکسیدان­ها و مکانیسم عملکرد آن­ها(Choudhary et al., 2010)

مکانیسم عملکرد