Temperature and spermatogenesis in man : potential consequences of a mild induced testicular and epididymal hyperthermia on sperm genomic integrity

• Auteur / Autrice : Gulfam Ahmad
• Direction : Louis Bujan, Roger Mieusset
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Gulfam Ahmad
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fécondité

Hommes

Thermothérapie

Spermatogenèse

Mots clés libres

Spermatozoïdes

Fragmentation de l'ADN

Hyperthermie

Scsa

Epididyme

Température testiculaire

Contraception masculine

Chromatine du spermatozoïde

Résumé

La spermatogenèse chez l'homme et chez les autres mammifères nécessite une température inférieure à la température du corps. Ainsi, une augmentation de la température des testicules produit des effets délétères sur la fertilité masculine. Une réduction de la concentration spermatique, de la mobilité, de la vitalité et de la morphologie des spermatozoïdes a été rapportée chez les animaux et les hommes lorsque le scrotum ou le corps étaient exposés à des températures plus élevées. Dans les modèles animaux, des températures supérieures à la normale entraîneraient des altérations de l'intégrité de la chromatine des spermatozoïdes conduisant à un retard du développement embryonnaire précoce, à une réduction du taux de grossesse et à des fausses couches. Dans ce contexte, nous avons étudié les effets d'une légère augmentation (+2 °C) de la température des testicules et des épididymes sur l'intégrité de la chromatine des spermatozoïdes chez les hommes. Nous avons mené un protocole expérimental chez 5 hommes féconds volontaires induisant une augmentation modérée de la température des testicules et des épididymes en remontant les testicules en position supra scrotale et en les maintenant dans cette position durant 15 heures par jour, pendant 120 jours consécutifs. Les paramètres spermatiques classiques ont été évalués selon les recommandations de l'OMS. L'indice de fragmentation de l'ADN du spermatozoïde (DFI) et la haute colorabilité de l'ADN (HDS) ont été analysés par le test du " Sperm Chromatine Structure Assay " (SCSA) et le test du bleu d'aniline a été utilisé pour évaluer la maturité de la chromatine. Les résultats du SCSA ont montré une augmentation significative du pourcentage de DFI et du pourcentage de HDS du sperme respectivement dès 20 jours (J20) et J34 d'hyperthermie. Les taux de DFI et de HDS sont restés plus élevés pendant les 120 jours d'hyperthermie comparés aux valeurs avant augmentation de la température (valeurs contrôles). Le test du bleu d'aniline a montré une augmentation non significative du pourcentage de spermatozoïdes avec une chromatine immature à J34 d'hyperthermie, atteignant une valeur significative à J73. Cette augmentation est demeurée constante pendant toute la durée d'hyperthermie traduisant un pourcentage de spermatozoïdes avec une chromatine immature supérieur à celui évalué avant hyperthermie. Après l'arrêt de l'hyperthermie, le DFI et le HDS sont revenus à leurs valeurs pré-exposition plus précocement (J73) que le pourcentage de spermatozoïdes avec une chromatine immature (J180). L'indice d'anomalies multiples (IAM) des spermatozoïdes est augmenté dès J9. La mobilité, la numération et la vitalité des spermatozoïdes ont été significativement diminuées par rapport aux valeurs avant hyperthermie, respectivement à partir de J20, J34 et J34 et sont restées diminuées pendant toute la durée de l'hyperthermie. Après l'arrêt de l'hyperthermie, tous les paramètres spermatiques sont revenus aux valeurs contrôles à partir de J73. Nous avons montré, pour la première fois chez l'homme, qu'une légère augmentation de la température des testicules et des épididymes a un effet sur l'intégrité de la chromatine du spermatozoïde avant même la baisse de la numération des spermatozoïdes. Compte tenu des résultats obtenus dans les modèles animaux, les résultats de ce protocole expérimental pose la question des conséquences possibles de l'altération de la chromatine sur le développement embryonnaire alors que les paramètres du sperme ne sont pas incompatibles avec une fécondation au cours de la contraception masculine, durant les phases de récupération et d'inhibition. De plus, nos résultats pourraient être d'intérêt en infertilité masculine, en assistance médicale à la procréation et dans les fausses couches à répétition.

In man and other mammals, spermatogenesis is ensured at a temperature lower to body temperature. An increase in temperature has deleterious effects on male fertility. Reduced sperm out put, motility, viability and morphology have been reported in animals and men at higher than normal scrotal or body temperatures. Increased temperature caused alterations in sperm chromatin integrity resulting in retarded early embryo development, reduced pregnancy rates and miscarriages in animal models. In this context, for the first time in men, we investigated the effects of a mild increase (+2 °C) in testes and epididymal temperature on sperm chromatin integrity. We designed an experimental protocol to induce mild testes and epididymal hyperthermia in five healthy fertile volunteers. Testes were lifted up and maintained at supra scrotal position 15 hours daily for 120 consecutive days. Classical sperm parameters were assessed according to World Health Organization (WHO) guidlines. Sperm DNA fragmentation index (DFI) and high DNA stainability (HDS) were analysed by "Sperm Chromatin Structure Assay" (SCSA) and acid aniline blue staining technique was used to assess the sperm chromatin maturity. The results of SCSA showed a significant increase in the percentage of sperm DFI and HDS as early as day 20 (D20) and D34 respectively during hyperthermia which remained higher compared with the values before hyperthermia (controls) during the entire period of hyperthermia. Aniline blue test showed a non-significant increase in the percentage of sperm with immature chromatin as early as D34 during hyperthermia reaching significance at D73 and remained higher than control during the entire period of hyperthermia. After cessation of hyperthermia sperm DFI and HDS returned to the respective control values earlier (D73) than the percentage of aniline blue positive sperm (D180). Multiple anomalies index (MAI) of spermaozoa was significantly increased, compared to control, as early as D9 of hyperthermia and remained increased throughout the entire period of hyperthermia. Sperm motility, count, and viability were significantly decreased compared with the respective controls as early as D20, D34 and D34 respectively during hyperthermia and remained decreased during the entire hyperthermia period. After cessation of hyperthermia all parameters returned to respective control values at D73. We report, for the first time in men, that a mild increase in testes and epididymal temperature largely impaired sperm chromatin integrity before any drop in sperm count. Based on the results from animal models the findings of present experimental protocol raise the question of possible consequences of altered sperm chromatin integrity on embryo development when sperm parameters were compatible with natural fertilization during male contraception particularly during inhibition and recovery phases of spermatogenesis. Moreover, our results may have clinical implications in male infertility, repeated miscarriages as well as assisted reproductive technologies.