DNA-Fragmentierung in Spermien

Eine Information für Patienten

Was versteht man unter einer DNA-Fragmentation?

DNA Fragmentierung 1Im Spermienkopf ist der Großteil der Erbinformation – wie in jeder anderen menschlichen Zelle – in den Chromosomen gespeichert. Ein Chromosom besteht aus der Desoxaribunukleinsäure (DNA) und Proteinen. Die DNA ist wie eine Strickleiter (Doppelhelix) aufgebaut, deren Sprossen aus vier unterschiedlichen Basenpaaren gebildet werden. Aus verschiedenen Gründen kann es zu ein- oder beidseitigen Bruchstellen im DNA-Molekül kommen, einer DNA-Fragmentation (siehe Abb. 1).

DNA-Fragmentation und männliche Zeugungsfähigkeit

Es ist mittlerweile gut untersucht, dass eine Zunahme der Spermien-DNA-Fragmentierung die Wahrscheinlichkeit einer natürlichen Empfängnis verringern kann. In Testverfahren wird die Anzahl der Zellen mit DNA-Schäden durch den DNA-Fragmentierungsindex (DFI) angegeben. Ein DFI-Schwellenwert von >25% reduziert die Schwangerschaftsrate durch natürliche Empfängnis oder assistierter Reproduktion (Insemination; IUI). Darüber hinaus sind DFI-Werte >50% mit schlechteren Ergebnissen der In-vitro-Fertilisation (IVF) assoziiert. In Studien wird angenommen, dass eine DNA-Fragmentation in Spermien bei 10-15% der zeugungsunfähigen Männer vorliegt. Hierbei kann die Anzahl, die Beweglichkeit und die äußerliche Form (Morphologie) der Spermien normal sein. Ein konventionelles Spermiogramm kann trotz dieser Auffälligkeit einen Normalbefund beschreiben1,2.

Auswirkungen einer DNA-Fragmentation

Die Auswirkungen auf die männliche Zeugungsfähigkeit können sehr unterschiedlich sein. Hierzu gibt es verschiedene Aspekte zu berücksichtigen. Zum einen ist nicht die gesamte DNA funktionell bedeutend, d. h. wenn unbedeutende DNA fragmentiert, hat dies keine weiteren Folgen. Weiter verursacht eine Einzelkettenfragmentierung andere Probleme als eine Doppelkettenfragmentierung. Es wird angenommen, dass die Eizelle - insbesondere bei jüngeren Frauen – durch Reperaturmechanismen DNA-Schädigungen beheben kann3. In Studien wurde beobachtet, dass ein hohes Maß an Spermien-Fragmentation zu folgenden Problemen führen kann4:

  • Geringere Befruchtungsrate der Spermien
  • Schlechtere Embryonenqualität5
  • Geringere Einnistungswahrscheinlichkeit der Frühembryonen
  • Höheres Risiko von Spontanaborten6

Ursachen für einen hohen DFI

Prinzipiell können akute oder länger bestehende Ereignisse zu Bruchstellen der DNA führen. Liegt eine akute Ursache vor, ist eine Regeneration nach mehreren Monaten möglich. Die Wahrscheinlichkeit einer Störung ist im Zusammenhang mit einer vermehrten Bildung von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) zu sehen7. Diese Bildung wird vor allem bei folgenden Voraussetzungen beobachtet8,9:

  • Krampfadern um den Hoden (Varikozele)10
  • Chronische Entzündungen, z. B. durch Chlamydien
  • Infektionen der Nebenhoden (Epididymitis)
  • Fortgeschrittenes väterliches Alter (ab 45. LJ)
  • Lebensstil, u. a. durch Tabakkonsum
  • Fettleibigkeit
  • Berufliche und umweltbedingte Faktoren wie Pestizide/Umweltverschmutzung
  • Medikamente (Antibiotika, Antidepressiva; Chemotherapie)
  • Ionisierende und nichtionisierende Strahlung (z. B. Strahlentherapie)
  • Hitzeeinwirkung (Fieber, enge Kleidung, Varikozele)


Testverfahren zur Bestimmung des DFI in Spermien

Grundsätzlich gibt es verschiedene Testmöglichkeiten, um den DFI in Spermien zu messen. Es gibt keine eindeutigen Grenzwerte, sondern nur die Beobachtung, dass mit einem Anstieg des DFI die Zeugungsfähigkeit abnimmt. In einer Metaanalyse aus dem Jahr 2018 (über 4000 untersuchte Männer, Vergleich von 28 Studien) wird eine Schwellenwert, der unfruchtbare von fruchtbaren Männern am besten unterschied, von <20% angegeben11.

Bestimmung des DFI in unserer Praxis

DNA Fragmentierung 2Wir bieten in unserer Praxis eine Bestimmung des DFI mit einem Spermien-Chromatin-Dispersions-test (Sperm Chromatin Disper-sion, SCD; Halosperm D212) an. Eine sexuelle Karenzzeit von 2-5 Tagen sollte vor der Abgabe eingehalten werden. Zum Test werden frisch gewonnene Spermien in einem aufwändigen Verfahren gefärbt und anschließend unter dem Mikroskop beurteilt. Durch die Behandlung der Spermien kommt es zu einer Entfaltung der Chromosomen-DNA (Schleifen um den Spermienkopf; Bildung eines Halo). Im Falle einer Fragmentation (vielfach gebrochene DNA) bilden sich keine oder nur wenige Schleifen, so dass eine Halobildung ausbleibt (siehe Abb. 2). Das Verhältnis von fragmentierten bzw. degenerierten Spermien zu den insgesamt ausgezählten Spermien ergibt dann den DFI.

Möglichkeiten zur Verbesserung bei hohem DFI

Liegt ein Anstieg des DFI vor, können unterschiedliche Therapieoptionen diskutiert werden, die zu einer Reduktion und gegebenenfalls zu einer Verbesserung der männlichen Zeugungsfähigkeit führen können. Es ist wichtig zu wissen, dass eine Behandlung nicht immer zum Erfolg führen wird. Folgende Therapien wurden in Studien beschrieben:

  • In manchen Fällen reicht eine Behandlung mit Antioxidantien (z. B. mit Orthomol fertil plus) aus, um die Samenqualität zu verbessern. Der oxidative Stress, der durch die Zunahme der freien Radikale im Körper des Mannes verursacht wird, schädigt die Spermien-DNA. Daher sind ein gesunder Lebensstil und eine antioxidative Ernährung notwendig, um das Ausmaß dieser DNA-Fragmentation zu verring-ern. Antioxidantien, die die Samenqualität verbessern, sind die Vitamine C, E und A, die von Natur aus in Obst, Gemüse, Pflanzenölen, braunem Reis, Soja, Schokolade, Oregano, Tee usw. enthalten sind. Eine Behandlung über 2-3 Monate kann den DNA-Fragmentationsgrad um bis zu 20% reduzieren13.
  • Eine genitale Infektion kann mit Antibiotika behandelt werden, um die DNA-Fragmentation der Spermien zu reduzieren.
  • Eine Varikozele-Operation kann die DNA-Integrität verbessern und somit das Fruchtbarkeitspotenzial des Mannes steigern
  • In Fällen, in denen kein ursächlicher Faktor identifiziert wurde oder ein erhöhter DFI nach der Behandlung bestehen bleibt, wurde eine ICSI mit aus dem Hodengewebe gewonnenen Spermien (testikulären Spermien) als wirksame Methode vorgeschlagen, um ungeklärte ICSI-Versagen zu überwinden14-17.

Für wen ist eine Bestimmung des DFI sinnvoll?

Prinzipiell ist die Bestimmung des DNA-Fragmentierungsindex (DFI) vor allem dann sinnvoll, wenn es trotz mehrerer Fruchtbarkeitsbehandlungen immer noch nicht zu einer Schwangerschaft gekommen ist. Entsprechend internationaler Leitlinien kann ein Test kann bei folgenden Voraussetzungen diskutiert werden18-20:

  • Es wurde bisher keine Ursache für die Zeugungsunfähigkeit definiert (sogenannte idiopathische Sterilität)
  • Wiederholte Einnistungsstörungen
  • Embryone mit minderwertiger Qualität
  • Bei Vorhandensein einer Hodenkrampfader (Varikozele) zur besseren Entscheidung der Notwendigkeit einer operativen Sanierung
  • Gehäufte Schwangerschaftsabgänge (sogenannte habituelle Aborte)
  • Alter des Mannes über 45 Jahre
  • Chronische Erkrankungen wie Diabetes
  • Raucher
  • Schlechte Ergebnisse im Spermiogramm, vor allem bei einer auffällig hohen Anzahl an missgeformten Spermien (Teratozoospermie/Nekrospermie) und einer Verminderung des Volumens der Samenflüssigkeit (Parvisemie/ Hypospermie)

Eine Untersuchung des DFI kann mehrere Vorteile für Sie haben. Bei leichten Einschränkungen ist z. B. durch eine Operation (Entfernung einer Krampfader) oder durch Änderung des Lebensstils eine Verbesserung der Spermienqualität möglich, im besten Fall kann sogar eine Kinderwunschtherapie vermieden werden. Sollten deutliche Veränderungen im Spermiogramm vorliegen, kann die Bestätigung eines hohen DFI die Planung der Kinderwunschtherapie erleichtern bzw. den Erfolg verbessern. So kann eine frühzeitige Bestimmung zu einer Vermeidung erfolgloser Inseminationen bzw. IVF-Behandlungen führen. In der Folge kann dem Kinderwunschpaar somit durch die Entscheidung einer zeitnahen ICSI-Behandlung Leid, Kosten und eine längere Therapiedauer unter Umständen erspart bleiben.

Kosten der Bestimmung des DFI

Die vollständige oder zumindest teilweise Übernahme der Behandlungskosten durch Ihre Krankenversicherung oder einen anderen Kostenträger ist nicht gegeben bzw. nicht gesichert. Im Rahmen der ärztlichen Beratung/Behandlung werden in Ihrem konkreten Fall Gebühren pro Behandlung gemäß der Gebührenordnung für Ärzte (GOÄ) anfallen (siehe Zusatzaufklärung). Es ist anzumerken, dass alle Kosten für Kinderwunschbehandlungen, die nicht von den Krankenkassen übernommen werden, können steuerlich abgesetzt werden als „außergewöhnliche Belastungen“.

Sollten Sie noch Fragen zur Bestimmung des DFI haben, stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung.

Ihr Praxisteam



Literaturnachweis
1 Evenson DP et al. Sperm chromatin structure assay (SCSA(R)). Methods Mol Biol. 2013; 927: 147.
2 Malić Vončina S et al. Sperm DNA fragmentation index and cumulative live birth rate in a cohort of 2,713 couples undergoing assisted reproduction treatment. Fertil Steril. 2021; 116(6): 1483-90.
3 Horta F et al. Female ageing affects the DNA repair capacity of oocytes in IVF using a controlled model of sperm DNA damage in mice. Human Reproduction. 2020; 35: 529-44.
4 Simon L et al. Sperm DNA Fragmentation: Consequences for Reproduction. Adv Exp Med Biol. 2019; 1166: 87.
5 Setti AS et al. Morphokinetic parameter comparison between embryos from couples with high or low sperm DNA fragmentation index. F S Sci. 2021; 2(4): 345-54.
6 Yifu P et al. Sperm DNA fragmentation index with unexplained recurrent spontaneous abortion: A systematic review and meta-analysis. J Gynecol Obstet Hum Reprod. 2020: 101740.
7 Agarwal A et al. Male Oxidative Stress Infertility (MOSI): Proposed terminology and clinical practice guidelines for management of idiopathic male infertility. The World Journal of Men's Health. 2019; 37: 296-312.
8 Roque M und Esteves SC. Effect of varicocele repair on sperm DNA fragmentation: A review. Int Urol Nephrol. 2018; 50: 583-603.
9 Brandt NB et al. Effect of paternal health on pregnancy loss-A review of current evidence. Andrologia. 2022; 54(1): e14259.
10 Zhang Y et al. Effect of varicocele on sperm DNA damage: A systematic review and meta-analysis. Andrologia. 2022; 54 (1): e14275.
11 Santi D et al. Sperm DNA fragmentation index as a promising predictive tool for male infertility diagnosis and treatment management - meta-analyses. Reprod Biomed Online. 2018; 37(3): 315-26.
12 Gynemed, Halosperm G2; https://gynemed.de/produkte/halosperm-halosperm-g2/
13 Ali M. et al. Are antioxidants a viable treatment option for male infertility? Andrologia. 2021; 53 (1): e13644.
14 Esteves SC et al. Reproductive outcomes of testicular versus ejaculated sperm for intracytoplasmic sperm injection among men with high levels of DNA fragmentation in semen: systematic review and meta-analysis. Fertil Steril. 2017; 108: 456-67.
15 Zhang et al. Testicular spermatozoon is superior to ejaculated spermatozoon for intracyto- plasmic sperm injection to achieve pregnancy in infertile males with high sperm DNA damage. Andrologia. 2019; 51: e13175.
16 Xie P et al. Sperm genomic integrity by TUNEL varies throughout the male genital tract. J Urol. 2020; 203: 802-8.
17 Esteves SC und Lewis SE. When to pull the trigger in nonazoospermic infertile men undergoing intracytoplasmic sperm injection? Asian J Androl. 2020; 22(4): 439-40.
18 European Society for Human Reproduction and Embryology (ESHRE). Recurrent Pregnancy Loss; November 2017, Version 2; https://www.eshre.eu/Guidelines-and-Legal/Guidelines/Recurrent-pregnancy-loss.
19 American Society for Reproductive Medicine (ASRM). Diagnosis and treatment of infertility in men: AUA/ASRM Guideline. Oktober 2020; https://www.asrm.org/globalassets/asrm/asrm-content/news-and-publications/practice-guidelines/for-non-members/diagnosis-and-treatment-of-infertility-in-men-aua-asrm.pdf
20 European Association of Urology (EAU) Guidelines 2022. Sexual and Reproductive Health; https://uroweb.org/guidelines/sexual-and-reproductive-health