Nutrition and reproduction: the male contribution

ARTICLE

mte. 2011.0372

Auteur(s) : Nathalie Sermondade^1,2, Céline Faure^1,2, Charlotte Dupont^1,2, Serge Hercberg^2,3, Sébastien Czernichow⁴, Rachel Lévy^1,,2 nathalie.sermondade@jvr.aphp.fr

¹ Hôpital Jean-Verdier (AP-HP), services d’histologie, d’embryologie, de cytogénétique et de biologie de la reproduction, CECOS, 93140 Bondy, France

² Université Paris-13, CRNH IdF, unité de recherche en epidémiologie nutritionnelle, UMR U557 Inserm ; U1125 Inra ; Cnam, 93017 Bobigny, France

³ Hôpital Avicenne (AP-HP), département de santé publique, 93017 Bobigny, France

⁴ Hôpital Ambroise-Paré (AP-HP), unité de nutrition, 92100 Boulogne-Billancourt, France

Tirés à part : R. Lévy

Une diminution de la qualité du sperme a été observée dès 1980, confirmée par des méta-analyses puis pondérée par la prise en compte de différents facteurs méthodologiques et environnementaux. Parallèlement, le pourcentage d’adultes, mais aussi d’enfants, en surpoids ou obèses, croît de façon importante. De fait, plus d’un homme sur deux en âge de procréer apparaît en surpoids (38,5 %) ou obèse (13,9 %) [1]. Les données récentes de la littérature soulignent l’impact du poids de l’homme sur la fonction de reproduction et, en particulier, sur la qualité du sperme. Le stress oxydant a un rôle central dans les mécanismes de cet impact. L’équilibre de la balance pro-oxydants/antioxydants étant intimement lié à l’alimentation, il est important de prendre en compte le comportement alimentaire du conjoint dans le bilan d’infertilité.

Impact du poids et de l’index de masse corporelle sur les fonctions de reproduction masculines

Après avoir longtemps été négligée, la relation entre poids (et/ou index de masse corporelle [IMC]) et reproduction masculine fait l’objet d’un intérêt croissant. Les études se sont dans un premier temps concentrées sur les paramètres spermatiques, mais des données plus récentes mettent également en évidence un impact du surpoids et de l’obésité de l’homme sur l’ensemble des fonctions reproductives masculines.

Impact sur les paramètres spermatiques conventionnels

Les conséquences d’un IMC élevé sur la fertilité masculine et/ou la concentration spermatique a fait l’objet en 2008 d’une revue de la littérature [2]. Trois études épidémiologiques de grande envergure se sont intéressées au lien entre l’IMC et la fertilité masculine. Malgré des biais, elles observent une relation dose-effet entre l’IMC et l’hypofertilité masculine, ainsi qu’un effet plateau au-delà d’un IMC de 35 kg/m² [3-5].

Des études portant sur des couples infertiles indiquent également une relation entre poids et/ou IMC et paramètres spermatiques (tableau 1). La plupart observent une altération des paramètres spermatiques associés à l’IMC, avec souvent un plateau observé pour des IMC élevés (supérieur à 30 kg/m²) voire très élevés (35 kg/m²) : diminution de la concentration ou de la numération totale en spermatozoïdes, diminution du nombre de spermatozoïdes mobiles et augmentation des formes atypiques de spermatozoïdes. Cependant, les comparaisons entre études sont rendues difficiles par des effectifs souvent réduits, le manque d’homogénéité des populations et l’hétérogénéité des critères étudiés. Une méta-analyse publiée en 2010 sur ce sujet ne retient ainsi que cinq publications et ne parvient pas à conclure à un effet du poids sur les paramètres spermatiques [6]. Cependant, une méta-analyse plus récente colligeant 14 études met en évidence une augmentation du risque de présenter une oligozoospermie ou une azoospermie en cas d’IMC élevé [7].

Tableau 1 Principales publications évaluant les relations entre poids et/ou IMC et paramètres spermatiques.

IMC : index de masse corporelle ; OAT : oligoasthénotératospermie.

Plusieurs hypothèses physiopathologiques ont été émises afin d’expliquer le lien entre l’obésité et les paramètres spermatiques :

• –. l’atteinte de l’axe hypothalamohypophysaire, avec diminution de l’amplitude des pulses de lutenizing hormone (LH) et diminution de la production de gonadotropin releasing hormone (GnRH) par l’augmentation des endorphines ;
• –. l’hypogonadisme hypogonadotrope hyperestrogénique par aromatisation des stéroïdes en estrogènes dans les tissus périphériques [8] ;
• –. l’impact direct de l’obésité sur la fonction sertolienne et la spermatogenèse [9] ;
• –. l’augmentation de la température scrotale, par accumulation de graisse au niveau des hanches et de l’abdomen, entraînant des perturbations de la spermatogenèse [10] ;
• –. l’accumulation dans les tissus graisseux abdominaux de substances toxiques et de perturbateurs endocriniens liposolubles qui majorerait ces perturbations [11].

Impact sur les autres paramètres spermatiques

Plusieurs auteurs mettent aussi en évidence une augmentation de la fragmentation de l’ADN des spermatozoïdes en cas d’IMC élevé [12-14], facteur admis comme étant délétère pour les fonctions reproductives, mais cette association reste controversée [15, 16]. Tunc et al. mettent également en évidence une corrélation positive entre l’IMC et la production de radicaux libres oxygénés dans le plasma séminal [16]. Celle-ci serait liée à une extension au tractus génital de l’activation du système immunitaire systémique, connue chez l’homme en surpoids ou obèse et entraînant une augmentation de l’activation macrophagique et du stress oxydant dans le plasma séminal.

Impact sur le pouvoir fécondant

Au-delà des paramètres spermatiques, des données obtenues dans des modèles animaux indiquent que l’IMC du mâle aurait un effet sur le pouvoir fécondant du sperme. Ainsi, chez la souris, un régime hypercalorique et hyperlipidique entraîne des diminutions significatives de la capacitation et de la fixation des spermatozoïdes à la zone pellucide ovocytaire, ainsi qu’une diminution des taux de fécondation [17]. Dans un modèle lapin, une hypercholestérolémie induite par régime affecte les étapes de capacitation et de réaction acrosomique, probablement du fait d’altérations de la membrane spermatique par augmentation du contenu cellulaire en cholestérol [18].

Chez l’homme, peu de publications sont disponibles sur le sujet. Une publication montre un lien entre IMC élevé et une diminution des index de fixation à l’acide hyaluronique [19], suggérant une capacité réduite de fixation à la zone pellucide de ces spermatozoïdes.

Impact sur le développement et l’implantation embryonnaires

Des données récentes obtenues dans des modèles animaux suggèrent que l’obésité paternelle pourrait également altérer le développement embryonnaire préimplantatoire et l’implantation. Ainsi, dans un modèle souris, les embryons issus de mâles obèses (femelle de poids normal) ont une cinétique de clivage ralentie avec une diminution du taux de blastoformation en culture. Les blastocytes obtenus présentent un nombre total de cellules réduites au niveau de leur trophectoderme, mais également au niveau de leur masse cellulaire interne, par excès d’apoptose. Enfin, ils présentent aussi des taux d’implantation et un développement fœtal diminués par rapport aux blastocystes contrôles [20].

Chez l’homme, bien que ces données restent à confirmer sur des séries d’effectifs plus importants, un article récent met en évidence un lien entre l’IMC du père, le taux de blastoformation et les taux de grossesse et d’accouchement après assistance médicale à la procréation [21].

Mécanismes : le rôle central du stress oxydant

La plupart des auteurs s’accordent à dire que le stress oxydant jour un rôle central dans l’impact du surpoids et de l’obésité sur les fonctions de reproduction masculine. Un stress oxydant survient lorsque l’équilibre pro-oxydants/antioxydants est rompu par excès de pro-oxydants ou déficit en antioxydants. Les spermatozoïdes sont concernés par le « paradoxe de l’oxygène » [22]. En effet, un faible niveau d’espèces réactives de l’oxygène est nécessaire pour que le spermatozoïde acquière son pouvoir fécondant et puisse réaliser les étapes de l’interaction gamétique. Cependant, en cas de déséquilibre, les lésions de peroxydation altèrent le pouvoir fécondant des spermatozoïdes ainsi que l’intégrité de la chromatine.

Pro-oxydants : les acides gras polyinsaturés (AGPI)

Les AGPI occupent une place importante dans la reproduction chez l’homme [23]. Parmi eux, les ω3 et les ω6 essentiels sont indispensables à de nombreux processus biologiques et doivent être apportés par l’alimentation. Les ω6, et principalement l’acide arachidonique, sont impliqués dans la stéroïdogénèse. La membrane plasmique du spermatozoïde humain contient une concentration élevée en AGPI (notamment ω3) qui lui confère la fluidité nécessaire aux différentes phases de la fécondation, notamment la réaction acrosomique et la fusion gamétique [23].

À l’inverse, un excès de consommation d’AGPI peut déclencher des mécanismes d’oxydoréduction excessifs néfastes pour la fertilité [24], en particulier, chez des hommes infertiles disposant d’une faible capacité antioxydante.

Le rapport ω6/ω3 recommandé est de cinq (contre 11 dans l’alimentation occidentale). Une supplémentation en ω3 semble avoir un effet bénéfique sur la qualité du sperme, en particulier sur sa mobilité. En revanche, il faut veiller à éviter un apport trop élevé en ω6 chez l’homme infertile.

Antioxydants

Éléments-clés de la synthèse nucléotique et impliqués dans la méthylation de l’ADN et le processus d’empreinte, les folates (vitamine B9) sont également de puissants antioxydants. Une faible concentration séminale en folates est ainsi associée à des altérations de l’ADN des spermatozoïdes chez des hommes infertiles [25]. À l’inverse, une prise alimentaire riche en folates semble protéger contre l’aneuploïdie spermatique et améliorerait la qualité chromosomique des spermatozoïdes produits [26]. Les vitamines B12 (cobalamine) et B6 (pyridoxine) sont des cofacteurs également impliqués dans le cycle de la méthionine. Une carence en l’une des vitamines du groupe B conduit à une hyperhomocystéinémie, aboutissant à de sévères dysfonctions cellulaires touchant l’expression des gènes, les fonctions protidiques et lipidiques, la croissance cellulaire et la fragmentation de l’ADN, menant à l’apoptose. Plus d’un tiers des partenaires masculins de couples infertiles présentent une carence en B12 [27].

Les vitamines C et E sont des antioxydants majeurs pour les spermatozoïdes. Une concentration séminale élevée en vitamine C protège les spermatozoïdes des espèces réactives oxygénées (ERO). Une supplémentation en acide ascorbique permettrait ainsi une réduction des radicaux libres et à la diminution des altérations endogènes de l’ADN des spermatozoïdes [28]. La vitamine E inactive les ERO et interagit aussi directement avec les composants des membranes [29]. Elle est traditionnellement appelée vitamine « antistérilité ». Une faible concentration en vitamine E dans le sperme peut se traduire par une altération de l’ADN des spermatozoïdes.

Enfin, certains minéraux, tels le cuivre, zinc et le sélénium, jouent un rôle dans le contrôle du stress oxydant. Le cuivre protège les spermatozoïdes de la peroxydation en intervenant comme antioxydant dans l’activité de l’enzyme superoxyde dismutase [30]. La concentration séminale en cuivre est corrélée positivement avec la numération, la mobilité et la morphologie des spermatozoïdes. À l’inverse, un niveau très élevé en cuivre peut être délétère, induisant une diminution de la mobilité des spermatozoïdes. Le zinc constitue également un oligoélément essentiel pour la spermatogenèse en exerçant un rôle important dans le développement testiculaire et conditionne certaines caractéristiques des spermatozoïdes (concentration, mobilité et vitalité) ainsi que leurs fonctions (réaction acrosomique, décondensation de la chromatine) [31]. Le sélénium est présent dans les testicules en concentration élevée et joue un rôle important dans la spermiogenèse [32]. Une carence en sélénium serait à l’origine d’infertilité et de perturbations de la fonction testiculaire.

Comportement alimentaire et balance pro-oxydants/antioxydants

Le comportement alimentaire constitue le premier facteur responsable de l’équilibre de la balance pro-oxydants/antioxydants. Ainsi, des études récentes ont établi un lien entre l’alimentation et la qualité du sperme. Chez 61 hommes de couples infertiles, ceux ayant des paramètres spermatiques normaux consommaient plus de coquillages, tomates, laitues alors que ceux avec des paramètres spermatiques très altérés consommaient plutôt des produits carnés et des pommes de terre [33]. Par ailleurs, l’alimentation semble avoir un impact direct sur la qualité du sperme chez des patients hollandais suivis en fécondation in vitro (FIV) avec micro-injection de spermatozoïdes (Intra cytoplasmic sperm injection [ICSI]), puisque le régime réfléchi (fruits, légumes, poissons), riche en antioxydants, avait un impact positif sur la qualité de l’ADN, alors que le régime traditionnel (viandes et pommes de terre), pauvre en antioxydants, était positivement corrélé à la concentration spermatique [34]. Enfin, un régime de type « méditerranéen » (hauts apports en huiles végétales, fruits, légumes et poissons) suivi par les deux membres du couple permettrait d’augmenter les chances de grossesse en FIV [35].

Conclusion

Malgré certains résultats encore controversés, il est admis que le poids et l’IMC ont un rôle dans les fonctions de reproduction masculine. Le stress oxydant est un élément central dans les mécanismes impliqués dans l’impact de la nutrition sur la fertilité de l’homme. Certains hommes semblent plus vulnérables que d’autres : il semble ainsi important de prendre en compte les différents polymorphismes génétiques des gènes codant pour les principales enzymes impliquées dans le stress oxydant.

Parmi les actions envisageables afin d’atténuer, voire de corriger, les effets néfastes du surpoids/de l’obésité ou d’un déséquilibre de la balance pro-oxydants/antioxydants, citons la normalisation du poids et de l’IMC, dont l’effet sur les paramètres spermatiques est encore mal évalué, voire la prescription de compléments alimentaires, notamment en antioxydants, dont les indications et conséquences restent controversées. Dans tous les cas, l’immense majorité des études soulignent l’importance d’un régime alimentaire diversifié, équilibré, associé à l’observance de règles hygiénodiététiques simples, conformes au plan national nutrition et santé [36], ainsi que les effets délétères de carences, mais aussi d’excès des nutriments sur la spermatogenèse. Il paraît désormais incontournable de disposer de données précises sur l’état nutritionnel des couples en âge de procréer, afin de pouvoir proposer dans un deuxième temps des études d’intervention prospectives bien ciblées.

Conflits d’intérêts: aucun.

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