男性不妊：精子形成における運動の役割学芸大学整体院

不妊症が世界的な問題になっている。
全世界のカップルの１２%以上が不妊に悩んでおり、そのうち男性因子は全症例の約２０%で、全不妊症例の３０%〜４０%で寄与因子となっている。

男性の妊孕性は精子形成に大きく依存する。精子形成は綿密に調整された生物学的プロセスで、このプロセスは精祖細胞の増殖、減数分裂、精子形成の３段階を含む。最終段階の最も重要な側面は核リモデリングで、DNA圧縮はヒストンをプロタミンに置換することによって達成され、遺伝物質を保護し、父方ゲノムの最適な圧縮と女性生殖管を移動する際の保護的役割を目的としている。
精子は大量の活性酸素種（ROS）を生成し、膜脂質と核酸の酸化を通じて精子の運動能力を低下させ、DNAを損傷させるが、精子形成と精子機能におけるその役割は微妙であり、潜在的阻害因子と正常な生理学的プロセスの重要な調節因子の両方として機能する。
精子においてROSは受精能獲得、過剰活性化および先体反応を媒介する。これらは受精に不可欠なプロセスであり、細胞内cAMPの産生など精子の発生と機能に不可欠な細胞内シグナル伝達経路に関与し、細胞内cAMPはプロテインキナーゼA（PKA）を活性化する。さらに、ROSは血管緊張、酸素感知、免疫応答、さらには接着特性などのプロセスを調節することにで細胞バランスに貢献する。この二面性は堅牢でありながら慎重に調節された抗酸化システムを必要とし、精子はROSの影響を軽減するために細胞内抗酸化酵素を持っている。
抗酸化物質の重要性は内因性メカニズムを超えて広がっている。

近年、抗酸化物質の外因性補給は精液中の酸化ストレスに対抗する可能性が研究されている。抗酸化物質の外因性補給は、精子の質と妊孕性の転帰を改善する利点を示すが、過剰な抗酸化物質の使用は還元的ストレスを引き起こす可能性があり、ROSの過剰抑制は精子の機能を阻害する。
身体活動（PA）は、肥満、糖尿病、心血管疾患のリスク低下など多くの健康上の利点が認識されているが、。興味深いことに、PAは精子の酸化ストレスを軽減する役割も果たしているという仮説がある。しかしPAと精子の質の関係は複雑で、適度なPAは保護的利点を提供する可能性がある一方、激しい運動（特に長距離ランニングやサイクリングなど）では、場合によって精液の質の低下が指摘されている。
抗酸化反応とレドックス恒常性を改善するPAの影響は広く認識されており、定期的な運動は血行を改善し、全身性炎症を軽減することで精液の質を向上させる。また、精子のDNAと脂質膜への酸化損傷に対抗するPA誘発性抗酸化反応は、精子の運動能力と生存率の改善に寄与する可能性がある。

リンクのレビューは、精子形成における活性酸素種と抗酸化防御の二重の役割の概要を提供し、精子形成中または精子におけるレドックス恒常性制御を維持または阻害するスポーツと身体活動の潜在的役割に焦点を当てたもの。

Protective Role of Physical Activity and Antioxidant Systems During Spermatogenesis

精子形成

・精子形成は精原幹細胞（SSCs）から精子が生成されるメカニズム。SSCsは有糸分裂によって増殖＆精祖細胞を生成し、減数分裂と精子形成によって半数体精子を生成。これらの細胞は生殖腺稜に移動して有糸分裂による分裂期間を経て精祖細胞を形成後、減数分裂に入る。減数分裂と細胞学的変化によって、精祖細胞は運動を可能にする尾を備えた高度に特殊化された細胞である精子に変換される。

・精子頭部にはDNAを含む核があり、細胞膜と卵母細胞を貫通するための物質を含む。精子中央部には軸糸の周りにらせん状配列で組織されたミトコンドリアが含まれている。精子ミトコンドリアはエネルギー産生、レドックスバランス、カルシウム調節およびアポトーシス経路に不可欠で、これらはすべて精子の運動能力、受精能獲得、および受精に必要。ミトコンドリア機能不全と量は精子の質の低下と不妊につながる可能性がある。

レドックス恒常性と病態生理学的状態

・「酸化ストレス」の概念は酸化と抗酸化の不均衡を指し、酸化が優勢となってレドックス（酸化還元）シグナル伝達の混乱、制御メカニズム障害および/または分子損傷を引き起こすことを指す。1985年に最初に導入されたこの概念は、基底レドックストーンを保証している特定のセットポイントで維持される代謝系での定常状態のレドックスバランスを表している。このバランスからの逸脱はストレスを構成し、ストレス応答を引き起こす。また、（i）バランスの反対側へのシフトが「還元的ストレス」を構成し、（ii）逸脱が生理学的（「酸化ユーストレス」）または超生理学的（「酸化ジストレス」）であり得ることを認識している。酸化ユーストレスは生理的レドックスシグナル伝達と制御において重要な役割を果たし、「黄金の中庸」としてのレドックス恒常性の概念に密接に結びついている。

・代謝調節は、精子構造と機能を維持するためにタンパク質、脂質、炭水化物および核酸の組織化された修飾を含む広範囲の化学プロセスを含む。レドックス反応はこの代謝調節において重要な役割を果たし、レドックス修飾とタンパク質のリン酸化および脱リン酸化など他の調節メカニズムとの顕著な相互作用がある。

・近年「反応性種」が、その調節的役割について広範囲に研究されている。それらには活性酸素種（ROS）、活性窒素種（RNS）、活性硫黄種（RSS）、反応性求電子種（RES）および反応性ハロゲン種（RHS）が含まれ、これらの反応性種の相互作用は効果的なレドックス調節に不可欠なチェックアンドバランスの複雑なシステムを形成する。レドックス平衡の反対側では過剰酸化レベルに対する防御メカニズムとして、補助システムによってサポートされる抗酸化酵素と低分子量抗酸化物質が含まれ、これらが統合された抗酸化ネットワークを形成する。これらの抗酸化酵素の発現は、酸化ストレス応答の一部として主要なレドックスシグナル伝達経路によって調節される。

・レドックス恒常性を確保するには厳密な生化学的制御が必要。生理学的シグナルとして機能する酸化イベントの場合、シグナルを不活性化して健康を維持するためにレドックスバランスを回復する対抗メカニズムが必要。ここ３０年間、病気は「酸化が優勢な酸化と抗酸化の不均衡」な形態という酸化ストレスの概念に関連付けられており、そこから「レドックスシグナル伝達の混乱」の概念に発展している。

・多くの疾患プロセスは活性酸素種（ROS）の生成と増加、または「レドックス調節機能不全」に起因するとされている。多くの病態で活性窒素種または硫黄種（RNS、RSS）、または水素（H２）、アンモニア（NH３）、一酸化炭素（CO）などの他の小さなシグナル伝達分子などの生物活性が関与し、これらの実体の多くは互いにタンパク質チオールまたは他の生体分子と反応する。

レドックス恒常性と精子形成

・精子形成における主要調節因子はレドックス恒常性で、活性酸素種（ROS）の産生と抗酸化防御メカニズムの間の微妙なバランスを含みます。１秒あたり約１０００個の産生される精子産生に必要な高代謝活性を考えるとミトコンドリア酸化的リン酸化が不可欠で、大量のROSの産生にもつながる。過剰酸化ストレスは精子形成と男性の妊孕性を損なう可能性があるため、ROSの適切な調節は非常に重要。

・高レベルの酸化ストレスは脂質過酸化、DNA損傷およびタンパク質酸化を引き起こし、最終的に精子形成のプロセスを混乱させる可能性がある。精巣におけるレドックス恒常性不均衡は精子数の減少、運動能力の低下、形態学的異常の増加および受精能力の低下に関連付けられる。酸化ストレスに対抗するための主要抗酸化酵素は精巣組織で広く発現し、酸化ストレスが有害なレベルに達しないようにレドックス感受性転写因子によって調節されている。

男性不妊における酸化ストレスの役割

・抗酸化物質の欠乏、免疫機能不全、細菌/ウイルス感染、異常精子、白血球精子症（LCS）などの内因性因子、喫煙、環境汚染、アルコール、肥満、精索静脈瘤、または性感染症などの外因性因子が酸化ストレスにつながる可能性がある。環境汚染誘発性酸化ストレスは男性の妊孕性に大きな影響を与える。粒子状物質（PM）、二酸化窒素（NO２）、オゾン（O３）などの汚染物質は体内でROSを生成し、細胞損傷を引き起こす。これらROSは体の抗酸化防御メカニズムを克服し、炎症、DNA損傷、および細胞機能不全を引き起こす。汚染物質、特にフタル酸エステルやビスフェノールA（BPA）などの内分泌かく乱化学物質はホルモン作用を模倣または妨害することで生殖系機能を混乱させ、精子発生を損ない、時間の経過とともに精子数と濃度を減少させる。

・環境汚染が妊孕性に与える影響は世代を超えて広がり、精子DNAへの酸化損傷はエピジェネティック修飾、DNA断片化指数およびミトコンドリア機能不全を引き起こし、これらはすべて男性不妊につながる。精子はエピジェネティックメカニズムを通じて、世代間および世代を超えた遺伝において重要な役割を果たす。遺伝的変異とは異なり、エピジェネティックな変化にはDNAメチル化、ヒストン修飾および小さな非コードRNA（ncRNA）発現などの修飾が含まれ、基礎DNA配列を変更せずに遺伝子発現を変化させる。エピジェネティックマークは環境およびライフスタイル要因に動的に応答し、修飾されると変化した遺伝子発現パターンを子孫に伝え、子孫の健康と表現型に影響を与える。

・成熟精子はクロマチン圧縮のために強力なDNA修復能力を欠いているためROS誘発性損傷に対して特に脆弱。老化、環境暴露、病態、または不均衡な食事、喫煙、アルコール依存症、運動不足などのライフスタイル要因が精子のROS曝露につながる可能性がある。

・複数の研究で、父親の運動が胎児の発達、胎盤の炎症、および心臓、骨格筋、腱、海馬、肝臓などの子孫の臓器における組織特異的な遺伝子およびタンパク質発現パターンを修飾できることを示している。父親の運動介入は子孫の表現型を積極的に形成する上で有望な可能性を示している。

・精巣環境は精子形成細胞の高代謝活性、血管分布の悪さおよび細胞質抗酸化酵素の欠如と組み合わせて形質膜に多価不飽和脂肪酸（PUFA）が大量に存在するため酸化損傷に対して特に脆弱。実際、ROSは精子膜の組織、ミトコンドリアの活性および精巣細胞の機能を損傷し、その結果生殖細胞の運動能力と卵母細胞との融合能力、精巣ステロイドホルモン合成およびステロイド生成能力に影響を与える。
研究によると、精子の運動能力が低い男性はグルコース-６-リン酸デヒドロゲナーゼ活性の低下と酸化損傷マーカーであるマロンジアルデヒドレベル増加を示す。さらに酸化ストレスは、ROSを含む有害物質から発達中の生殖細胞を保護する主要な構造である血液精巣関門の破壊に関与する。これらの理由から、精子形成細胞は汚染の「理想的な」バイオインジケーターであり、人間の健康の早期警告信号と見なされている。

・高用量サプリメントによる過剰な抗酸化物質の摂取は男性妊孕性への影響に関して懸念の対象となっている。研究によると、ROSの過剰除去は受精能獲得や先体反応などの重要な精子プロセスを損ない、受精能力を低下させる可能性がある。さらに過剰な抗酸化物質は精子成熟を混乱させ、精子の質と運動能力を低下させ、テストステロン産生を妨害し、最終的に精子産生を減少させる可能性がある。

精子形成と身体活動：酸化ストレス制御の役割

・定期的な中強度運動は、抗酸化防御システムの増加と全身性酸化ストレスの減少に関連している。さらに、PAはミトコンドリア機能を改善することがわかっており、これは酸化代謝のより効率的な調節とROS産生の減少に貢献する。一方で、激しいまたは長時間のPAは急性酸化ストレスの増加を引き起こす可能性があり、主に高強度運動中にROS産生が増加し、体の抗酸化防御メカニズムを超えてしまうことで、酸化損傷が発生し、筋肉疲労、炎症および精子の質の低下につながる可能性がある。身体活動の酸化ストレスに対する有益な効果は用量依存的であり、中程度レベルの運動が抗酸化能力を改善し、酸化ストレスの悪影響を軽減する上で最も効果的である。

精子形成に対する身体活動の影響

・定期的な身体運動はヒトとラットの両被験者で精子数、運動能力、形態を向上させることが示されており、ラットではテストステロン、LH、およびFSHレベルの同時改善が観察されている。運動は血流改善と精巣への栄養素の供給の強化による血清テストステロンレベルの増加に関連している。さらに、骨格筋組織における性ステロイド生成酵素の発現と活性、および性ステロイドホルモンレベルを刺激する。さらにFSH分泌にプラスの影響を与えることで発達中の精細胞のサポートと栄養を強化し、精子数増加と精子の質の向上に寄与する。

・運動のもつ男性妊孕性に対するプラス効果は、酸化ストレスの軽減、抗酸化防御の強化およびステロイド生成の改善によって媒介される。さらに身体活動によるグルコース代謝の改善は、男性の精液パラメータを改善する主因であることが多い。

・テストステロンなどのステロイドを生成プロセスは、筋肉の成長、性的機能、および全体的な健康を含むさまざまな生理機能を調節する上で重要な役割を果たす。運動はステロイド生成の潜在的調節因子として特定されており、精巣と筋肉の両方の経路に影響を与える。高強度レジスタンストレーニングや持久力運動などの急性高負荷運動はテストステロン分泌の一時的な増加につながる。この応答はLH放出を刺激し、結果としてライディッヒ細胞によるテストステロン産生を刺激する視床下部-下垂体-性腺軸によって媒介される。

・過度のランニングまたは高強度トレーニングは負の効果をもたらし、精子の質の低下につながる。精子の質の低下は機械的衝撃、性腺の過熱、きつい衣服の着用、および酸化ストレスの増加に起因する。ただしこれらの影響は、適切な休息と回復期間で可逆的である可能性がある。

・十分な回復を伴う適切な運動計画を確保することが重要。運動誘発性酸化ストレスは栄養戦略と抗酸化物質が豊富な食品の摂取によって打ち消すことができ、これは精子の質の維持をさらにサポートする。

・・・少々長文になってしまいましたが、レビューの要点をピックアップ。
まとめると、このレビューは酸化ストレスと炎症経路への影響を通じて、男性の生殖健康を調節する運動の重要な役割を強調するもので、長期の中強度運動が抗酸化防御メカニズムを改善し、精子の完全性を高めることができることを示唆している。しかし一方で、それぞれの体に見合ったちょうど良い負荷のトレーニングとはどんなものか判断するのも難しい。
（男女共に）不妊症治療中の方で運動及び栄養学的アプローチを模索している方は是非当院のパーソナルトレーニングおよび栄養戦略をご利用ください。
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