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Wie wirkt sich die Exposition mit endokrin wirksamen Substanzen auf das männliche Reproduktionssystem aus?

Zahlreiche chemische Substanzen, denen Menschen in der Umwelt sowie in besonderem Maße in der Landwirtschaft und bestimmten Industriezweigen ausgesetzt sind, greifen störend in das endokrine System ein. Solche Stoffe werden daher auch als endokrin wirksame Substanzen oder als endokrine Disruptoren bezeichnet. Hiermit werden weithin in erster Linie Begriffe wie Umweltestrogene und verringerte Spermiendichte assoziiert. In der Tat haben zahlreiche endokrin wirksame Substanzen in vitro estrogene Aktivität, so dass insbesondere Auswirkungen auf die reproduktive Gesundheit von Männern erwartet werden. Verschiedene Substanzen mit endokriner Aktivität können bereits in geringer Konzentration die frühe reproduktive Entwicklung männlicher Embryos/Feten stören. Häufiger dürften indes erwachsene Männer bei der Ausübung ihres Berufes oder in der Umwelt mit endokrin wirksamen Substanzen in Berührung kommen. Inwieweit hierdurch die männliche Fertilität beeinträchtigt werden kann, ist letztlich noch nicht geklärt [1-3].

Endokrin wirksame Faktoren mit Auswirkung auf die männliche Reproduktion

  • Eine endokrin oder hormonell wirksame Umweltchemikalie wird definiert als ein von außen zugeführter Stoff, der in Synthese, Ausscheidung, Transport, Bindung, Wirkung oder Eliminierung von natürlichen Hormonen im Körper eingreift, die für die Aufrechterhaltung des hormonellen Gleichgewichtes (Homöostase), die Fortpflanzung, die Entwicklung und/oder Verhalten verantwortlich sind (Dankwardt,1998).

  • Synthetische (metall-)organische Verbindungen, die in großer Zahl als Herbizide, Fungizide und Insektizide sowie als Industrie-Chemikalien Verwendung finden, wurden mit Infertilität, schlechter Samenqualität, Libidoverlust, Krebsentstehung und Fehlbildungen im männlichen Genitaltrakt in Verbindung gebracht.
  • Zu den Umweltgiften, durch die Spermatogenesedefekte bewirkt werden, zählen auch Schwermetalle wie Blei, Cadmium und Quecksilber. Im Vordergrund stehen zwar direkte, die Hoden schädigende Effekte, doch im Tierversuch erwiesen sich Schwermetalle auch als endokrin wirksame Substanzen. Indirekt werden offenbar Feedback-Mechanismen auf der hypothalamisch-hypophysär-testikulären Achse gestört.
  • Dioxine wirken als Agonisten des Aryl-Kohlenwasserstoff-Rezeptors und greifen störend in die Feedback-Mechanismen der hypothalamisch-hypophysär-gonadalen Achse ein.
Exposition mit endokrin wirksamen Substanzen in Utero
  • Über ein gehäuftes Auftreten von Kryptorchismus oder Hypospadie bei den neugeborenen Söhnen von Frauen, die erhöhten Konzentrationen an endokrin wirksamen Substanzen ausgesetzt sind, wurde verschiedentlich berichtet.
  • Damgaard, et al. (2006) ermittelten einen Zusammenhang zwischen Kryptorchismus und einigen persistierenden Pestiziden in der Muttermilch. Das Vorkommen von Pestiziden in der Muttermilch wurde als Maß für die Belastung der Mutter und somit auch für die Exposition des Embryos/Feten mit Pestiziden in utero herangezogen. Hierbei ergab sich zwar kein Zusammenhang zwischen Kryptorchismus und einem einzelnen der bestimmten Pestizide, aber eine kombinierte Analyse für die acht am meisten vertretenen Substanzen ergab eine statistisch signifikante Verbindung [4].
  • Brucker-Davies, et al. (2008) untersuchten das Kolostrum bei 125 neugeborenen Knaben (67 mit Kryptorchismus und 84 "gematchte" Kontrollen) auf die antiandrogen wirkenden Substanzen Dichloro-diphenyl-trichloroäthylen (DDE), polychlorinierte Biphenyle (PCB) und Dibutylphthalat. Die Analysen ergaben – wenn auch nicht statistisch signifikant – Hinweise darauf, dass ein Zusammenhang zwischen Kryptorchismus und der Exposition mit PCB sowie möglicherweise auch mit DEE in utero bestehen könnte [5].

Auswirkung der Exposition mit Pestiziden auf die Samenqualität
  • Swan, et al. (2003) ermittelten einen deutlichen Zusammenhang zwischen geringer Samenqualität und der Exposition mit Pestiziden bei definitionsgemäß fertilen Männern: Sie sammelten Samen- und Urinproben von 426 Männern aus dem eher ländlichen Missouri (208) und dem eher städtischen Minneapolis (218), die jeweils Partner einer schwangeren Frau waren. Die Urinanalysen ergaben, dass die Männer je nach Herkunft unterschiedlichen Pestiziden in unterschiedlicher Konzentration ausgesetzt waren. In der landwirtschaftlichen Umgebung waren insbesondere die Konzentrationen an Alachlor, Atrazin und Diazinom im Urin deutlich höher und standen in Verbindung mit signifikant schlechterer Samenqualität als in urbaner Umgebung [6].
  • Meeker, et al. (2008) fanden in einem Kollektiv von 207 Patienten einer Infertilitätsklinik bei den Männern in der Quartile mit der höchsten Konzentration an Pyrethroid-Metaboliten im Urin eine signifikant verschlechterte Samenqualität und vermehrt DNA-Schäden der Spermien [7].
  • Perry (2008) untersuchte in einer systematischen Literaturübersicht die gegenwärtige Erkenntnislage zur Auswirkung biologisch aktiver Substanzen, denen Menschen in der Umwelt oder beruflich ausgesetzt sind, auf Spermien. Die Autorin kommt in ihrem Review zu dem Schluss, dass Pestizide sich nach gegenwärtiger Beweislage zwar mit hoher Wahrscheinlichkeit negativ auf die Produktion und die Qualität männlicher Keimzellen auswirken, dass die Ergebnisse jedoch nicht einheitlich seien, um bestimmte Pestizide und definitive Endpunkte der Spermienqualität festlegen zu können [3].
Effekt von Pestiziden gemessen an der Dauer bis zum Eintritt einer Schwangerschaft
  • Auswirkungen der Exposition mit Pestiziden auf Samenparameter stehen nicht in direktem Zusammenhang mit Fertilität oder Subfertilität. Daher werden Beeinträchtigungen der männlichen Fertilität besser anhand der Zeitspanne erkannt, in der es bei ungeschütztem Geschlechtsverkehr zu einer Schwangerschaft kommt. Bei dieser nur auf Kollektive anwendbaren Methode werden zugleich Effekte bei Mann und Frau registriert.

  • Sallmén, et al. (2003) stellten bei finnischen Familien von Gewächshausarbeitern fest, dass die Frauen länger, aber nicht signifikant länger brauchten, um schwanger zu werden, wenn die Männer ungeschützt Pestiziden ausgesetzt waren [8].
  • Bretveld, et al (2008) fanden keine allgemein eingeschränkte Fruchtbarkeit bei holländischen Gewächshausarbeitern. Sie ermittelten aber eine signifikant verlängerte Zeitspanne bis zur Konzeption des ersten Kindes [9].

[1] Roeleveld N, Bretveld R, 2008. The impact of pesticides on male fertility. Curr Opin Obstet Gynecol 20:229-233.
[2] Sikka SC, Wang R, 2008. Endocrine disruptors and estrogenic effects on male reproductive axis. Asian J Androl 10:134-145.
[3] Perry MJ, 2008. Effects of environmental and occupational pesticide exposure on human sperm: a systematic review. Hum Reprod Update 14:233-242.
[4] Damgaard IN, Skakkebaek NE, Toppari J, et al. 2006. Persistent pesticides in human breast milk and cryptorchidism. Environ Health Perspect 114:1133-1138.
[5] Brucker-Davies F, Wagner-Mahler K, Delattre I, et al. 2008. Cryptorchidism at birth in Niece area (France) is associated with higher prenatal exposure to PCBs and DEE, as assessed by colostrum. Hum Reprod 23:1708-1718.
[6] Swan SH, Kruse RL, Fan L, et al. and the Study for the Future of Families Research Group. 2003. Semen quality in relation to biomarkers of pesticide exposure. Environ Health Perspect 111:1478-1484.
[7] Meeker JD, Barr DB, Hauser R, 2008. Human semen quality and sperm DNA damage in relation to urinary metabolites of pyrethroid insecticides. Hum Reprod 23:1932-1940.
[8] Sallmén M, Liesivuori J, Taskinen H, et al. 2003. Time to pregnancy among the wives of Finnish greenhouse workers. Scand J Work Environ Health 29:85-93.
[9] Bretveld R, Kik S, Hooiveld M, et al. 2008. Time to pregnancy among male greenhouse workers. Occup Environ Med 65:185-190.

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