Free radicals in reproductive processes

Loginov P.V.; Pameshova A.K.

doi:https://doi.org/10.17116/repro20253105151

Рекомендуем статьи по данной теме:

Вирусные инфекции, качество половых клеток и вспомогательные репродуктивные технологии: обзор литературы. Проблемы репродукции. 2025;(1):44-53

Артериальная гипертензия — оксидативный стресс как патогенетическая мишень лечения хронической цереброваскулярной недостаточности. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2025;(1):84-90

Зависимость плоидного статуса эмбрионов от состояния веретена деления ооцитов, оцениваемого с использованием поляризационной микроскопии в программах ЭКО у женщин с эндометриозом яичников. Российский вестник акушера-гинеколога. 2025;(1):44-49

Псориаз: анализ коморбидной патологии. Клиническая дерматология и венерология. 2025;(1):16-21

Нейропротекторная терапия глаукомы. Вестник офтальмологии. 2025;(1):83-90

Депривация сна и развитие оксидативного стресса в эксперименте. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2025;(3):124-129

Первичная яичниковая недостаточность: возможности и перспективы реализации репродуктивной функции. Российский вестник акушера-гинеколога. 2025;(2):42-47

Роль воспалительных заболеваний органов малого таза в нарушениях репродуктивной функции у женщин. Российский вестник акушера-гинеколога. 2025;(2):48-54

Характеристика факторов, способствующих нарушениям репродуктивной функции у больных с аденомиозом. Российский вестник акушера-гинеколога. 2025;(2):68-74

Основные механизмы развития когнитивных нарушений. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. Спецвыпуски. 2025;(4-2):13-18

Резюме / Abstract:

Активные формы кислорода и азота (АФК/АФА) играют существенную роль в биологических процессах. Значительные количества АФК и АФА вызывают снижение активности эндогенных антиоксидантных систем. Цепи переноса электронов в митохондриях, вирусные и бактериальные инфекции, промышленные поллютанты и различные клеточные пути представляют собой основные источники продукции АФК. Умеренные концентрации АФК и АФА благотворно сказываются на таких репродуктивных процессах, как созревание сперматозоидов, капацитация, акросомальная реакция и оплодотворение. Чрезмерное производство АФК нарушает функцию сперматозоидов и приводит к повреждению ДНК, слиянию сперматозоидов и бесплодию. АФК могут вызвать бесплодие по двум механизмам: повреждение мембран сперматозоидов с последующим снижением их подвижности и повреждение ДНК сперматозоидов. Усиление радикалообразования в условиях развития оксидативного стресса провоцирует образование многочисленных «пробоин» в богатых содержанием полиненасыщенных жирных кислот мембранах сперматозоидов. Поступление ионов Na⁺ и Ca²⁺ через образуемые «пробоины» вызывает изменение осмоляльности, образование растворимых фосфатов кальция и активацию посредством Ca²⁺ протеолитических и фосфогликолитических ферментов. Регуляция баланса систем про- и антиоксидантов позволит обеспечить нормальное протекание репродуктивных процессов. Основным путем такой регуляции является снижение (или устранение) рисков неблагоприятных эндогенных и экзогенных воздействий на фоне дозированного потребления жиро- и водорастворимых антиоксидантов.

Ключевые слова / Keywords:

активные формы кислорода (АФК)

активные формы азота (АФА)

оксидативный стресс

антиоксиданты

бесплодие

сперматозоиды

липопероксидация

Авторы / Authors:

Логинов П.В.

ФГБОУ ВО «Астраханский государственный медицинский университет» Минздрава России

ORCID: 0000-0001-5661-3648

Памешова А.К.

ФГБОУ ВО «Астраханский государственный университет им. В.Н. Татищева»

ORCID: 0009-0009-6022-881X

Дата поступления:

21.05.2024

Дата принятия в печать:

06.11.2024

Закрыть метаданные

Литература / References:

Halliwell B. Free radicals, antioxidants, and human disease: curiosity, cause or consequence. Lancet. 1994;344(8924):721-724. https://doi.org/10.1016/s0140-6736(94)92211-x
Николаев А.А., Логинов П.В., Ветошкин Р.В. Роль свободных радикалов в функции сперматозоидов. Астраханский медицинский журнал. 2014;9(1):23-29.
García TBE, Saldaña BA, Saldaña GL. El estrés oxidativo y los antioxidantes en la prevención del cancer [Oxidative Stress and Antioxidants in Cancer Prevention]. Revista Habanera de Ciencias Médicas. 2012;12(2):187-196. (In Spanish).
Benhar M. Oxidants, Antioxidants and Thiol Redox Switches in the Control of Regulated Cell Death Pathways. Antioxidants. 2020; 9(4):309. https://doi.org/10.3390/antiox9040309
Cortese-Krott MM, Koning A, Kuhnle GGC, Nagy P, Bianco CL, Pasch A, Wink DA, Fukuto JM, Jackson AA, van Goor H, Olson KR, Feelisch M. The Reactive Species Interactome: Evolutionary Emergence, Biological Significance, and Opportunities for Redox Metabolomics and Personalized Medicine. Antioxidants & Redox Signaling. 2017;27(10):684-712. https://doi.org/10.1089/ars.2017.7083
Sies H, Berndt C, Jones DP. Oxidative Stress. Annual Review of Biochemistry. 2017;86:715-748. https://doi.org/10.1146/annurev-biochem-061516-045037
Владимиров Ю.А., Азизова О.А., Деев А.И., Козлов А.В., Осипов А.Н., Рощупкин Д.И. Свободные радикалы в живых системах. В кн.: Итоги науки и техники. Сер. Биофизика. М.: ВИНИТИ; 1991.
Khosravi M, Poursaleh A, Ghasempour G, Farhad S, Najafi M. The effects of oxidative stress on the development of atherosclerosis. Biological Chemistry. 2019;400(6):711-732. https://doi.org/10.1515/hsz-2018-0397
Aitken RJ. Impact of oxidative stress on male and female germ cells: Implications for fertility. Reproduction. 2020;159(4):R189-R201. https://doi.org/10.1530/REP-19-0452
Aitken RJ, Baker MA. The Role of Genetics and Oxidative Stress in the Etiology of Male Infertility − A Unifying Hypothesis? Frontiers in Endocrinology. 2020;11:581838. https://doi.org/10.3389/fendo.2020.581838
Hayes JD, Dinkova-Kostova AT, Tew KD. Oxidative Stress in Cancer. Cancer Cell. 2020;38(2):167-197. https://doi.org/10.1016/j.ccell.2020.06.001
Yaribeygi H, Sathyapalan T, Atkin SL, Sahebkar A. Molecular Mechanisms Linking Oxidative Stress and Diabetes Mellitus. Oxidative Medicine and Cellular Longevity. 2020;2020:8609213. https://doi.org/10.1155/2020/8609213
Klaunig JE. Oxidative stress and cancer. Current Pharmaseutical Design. 2018;24(40):4771-4778. https://doi.org/10.2174/1381612825666190215121712
Hoque SM, Umehara T, Kawai T, Shimada M. Adverse effect of superoxide-induced mitochondrial damage in granulosa cells on follicular development in mouse ovaries. Free Radical Bioljgy and Medicine. 2021;163:344-355. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2020.12.434
Rendra E, Riabov V, Mossel DM, Sevastyanova T, Harmsen MC, Kzhyshkowska J. Reactive oxygen species (ROS) in macrophage activation and function in diabetes. Immunobiology. 2019;224(2):242-253. https://doi.org/10.1016/j.imbio.2018.11.010
Lorian K, Kadkhodaee M, Kianian F, Abdi A, Sadeghipour H, Seifi B. Oxidative stress, nitric oxide and inflammation in the pathophysiology of varicocele and the effect of hydrogen sulfide as a potential treatment. Physioljgy and Pharmacology. 2019;23:249-260.
Dutta S, Sengupta P. The Role of Nitric Oxide on Male and Female Reproduction. Malaysian Journal of Medical Sciences (MJMS). 2022;29(2):18-30. https://doi.org/10.21315/mjms2022.29.2.3
Peña FJ, O’Flaherty C, Ortiz Rodríguez JM, Martín Cano FE, Gaitskell-Phillips GL, Gil MC, Ortega Ferrusola C. Redox regulation and oxidative stress: The particular case of the stallion spermatozoa. Antioxidants. 2019;8(11):567. https://doi.org/10.2174/10.3390/antiox8110567
Pujianto DA, Oktarina M, Sharma Sharaswati IA, Yulhasri Y. Hydrogen peroxide has adverse effects on human sperm quality parameters, induces apoptosis, and reduces survival. Journal of Human Reproductive Sciences. 2021;14(2):121-128. https://doi.org/10.2174/10.4103/jhrs.jhrs_241_20
Zargari F. Arsenic and Oxidative Stress: An Overview. In: Kumar N, ed. Arsenic Toxicity: Challenges and Solutions. Singapore: Springer; 2021.
Zargari F, Rahaman MS. Arsenic, Oxidative Stress and Reproductive System. Journal of Xenobiotics. 2022;12(3):214-222. https://doi.org/10.3390/jox12030016
Roy B. Physiology of stress and the involvement of reactive oxidative species: A mini-review. Quest International Journal of Medical and Health Sciences. 2018;1(1):19-24.
Berby B, Bichara C, Rives-Feraille A, Jumeau F, Pizio PD, Sétif V, Sibert L, Dumont L, Rondanino C, Rives N. Oxidative Stress is associated with telomere interaction impairment and chromatin condensation defects in spermatozoa of infertile males. Antioxidants. 2021;10(4):593. https://doi.org/10.3390/antiox10040593
Логинов П.В. Влияние витамина E (α-токоферола) на гипоталамо-гипофизарно-гонадную систему самцов белых крыс при окислительном стрессе, индуцированном природными токсикантами: дисс. ... канд. биол. наук. Астрахань: Астраханский государственный ун-т; 2004.
Rocca MS, Foresta C, Ferlin A. Telomere length: Lights and shadows on their role in human reproduction. Biology of Reproduction. 2019;100(2):305-317. https://doi.org/10.1093/biolre/ioy208
Asadi A, Ghahremani R, Abdolmaleki A, Rajaei F. Role of sperm apoptosis and oxidative stress in male infertility: A narrative review. International Journal of Reproductive BioMedicine. 2021;19(6):493-504. https://doi.org/10.18502/ijrm.v19i6.9371
Tasçı T, Eldem V, Erkan M. Sodium Arsenic Alters the Gene Expression of some Steroidogenic Genes in TM3 Leydig Cell. Celal Bayar University Journal of Science. 2019;15(3):265-270. https://doi.org/10.18466/cbayarfbe.540544
Hu Y, Li J, Lou B, Wu R, Wang G, Lu C, Wang H, Pi J, Xu Y. The Role of Reactive Oxygen Species in Arsenic Toxicity. Biomolecules. 2020;10(2):240. https://doi.org/10.3390/biom10020240
Kim D, Park NY, Kang K, Calderwood SK, Cho DH, Bae IJ, Bunch H. Arsenic hexoxide has differential effects on cell proliferation and genome-wide gene expression in human primary mammary epithelial and MCF7 cells. Scientific Reports. 2021;11:3761. https://doi.org/10.1038/s41598-021-82551-3
Scarlata E, O’Flaherty C. Antioxidant enzymes and male fertility: Lessons from knockout models. Antioxidants & Redox Signaling. 2020;32(8):569-580. https://doi.org/10.1089/ars.2019.7985
Agarwal A, Leisegang K, Sengupta P. Oxidative stress in pathologies of male reproductive disorders. In: Reedy VR, ed. Pathology: Oxidative Stress and Dietary Antioxidants. Cambridge, MA (USA): Academic Press; 2020. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-815972-9.00002-0
Durairajanayagam D. Physiological role of reactive oxygen species in male reproduction. In: Henkel R, Samanta L, Agarwal A, eds. Oxidants, Antioxidants and Impact of the Oxidative Status in Male Reproduction. Cambridge, MA (USA): AcademicPress; 2019. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-812501-4.00008-0
Halpern J, Cooper C, Kasturi S, Brannigan RE. Infection, Inﬂammation, and Immunological Causes of Male Infertility. In: Lipshultz L, Howards S, Niederberger C, Lamb D, eds. Infertility in the Male. Cambridge: Cambridge University Press; 2023. https://doi.org/10.1017/9781108937054.018
Agarwal A, Sharma RK, Nallella KP, Thomas AJ Jr, Alvarez JG, Sikka SC. Reactive oxygen species as an independent marker of male factor infertility. Fertility and Sterility. 2006;86(4):878-885. https://doi.org/10.1016/j.fertnstert.2006.02.111
Loginov PV, Teply DL. Morphofunctional state of reproductive system in male rats under conditions of immobilization stress. Yestestvennye Nauki. 2014;4(49):47-54.
Nsonwu-Anyanwu AC, Ekong ER, Offor SJ, Awusha OF, Orji OC, Umoh EI, Owhorji JA, Emetonjor FR, Usoro CAO. Heavy metals, biomarkers of oxidative stress and changes in sperm function: A case-control study. International Journal of Reproductive Biomedicine. 2019;17(3):163-174. https://doi.org/10.18502/ijrm.v17i3.4515
Ding L, Li J, Li W, Fang Z, Li N, Wu S, Li J, Hong M. p53-and ROS-mediated AIF pathway involved in TGEV-induced apoptosis. Journal of Veterinary Medical Science. 2018;80(11):1775-1781. https://doi.org/10.1292/jvms.18-0104
Barati E, Nikzad H, Karimian M. Oxidative stress and male infertility: Current knowledge of pathophysiology and role of antioxidant therapy in disease management. Cellular and Molecular Life Sciences. 2020;77(1):93-113. https://doi.org/10.1007/s00018-019-03253-8
De Palma G, Ortiz A, Apostoli P. Effects of metallic elements on reproduction and development. In: Nordberg GF, Costa M, eds. Handbook on the Toxicology of Metals. Cambridge, MA (USA): Academic Press; 2022.
Николаев А.А., Логинов П.В., Мавлютова Е.Б., Белявская А.А. Свободные радикалы и биоантиоксиданты в репродуктивных процессах (обзор литературы). Проблемы репродукции. 2018; 24(1):21-26. https://doi.org/10.17116/repro201824121-26
Mayorga-Torres BJM, Camargo M, Cadavid ÁP, Cardona Maya WD. Estrés oxidativo: ¿un estado elular defectuoso para la función espermática? [Oxidative Stress: A Defective Cellular State for Sperm Function?]. Revista Chilena de Obstetricia y Ginecología. 2015;80(6):486-492. (In Spanish). https://doi.org/10.4067/S0717-75262015000600009
Flores C, Márquez Y, Vilanova L, Mendoza C. Dienos conjugados y malondialdehído como indicadores de lipoperoxidación en semen de toros «Carora» [Conjugated Dienes and Malondialdehyde as Indicators of Lipid Peroxidation in Semen of «Carora» Bulls]. Revista Veterinaria. 2011;22(2):91-94. (In Spanish).
Villa NA, Castaño D, Duque PC, Ceballos-Marquez A. Glutatione peroxidase and superoxide dismutase activities in blood and seminal plasma in colombian stallions. Revista Colombiana de Ciencias Pecuarias. 2012;25:64-70.