Vliv perikoncepční expozice kouření na mužskou reprodukci: poměr pohlaví a nástup puberty

Souhrn

Úvod:
Výsledky řady studií popisují vliv perikoncepční a prenatální expozice kouření rodičů na morfologické a funkční změny pohlavního ústrojí včetně časnějšího nástupu pohlavního dozrávání u jejich mužských potomků.

Metody:
V prospektivní Evropské longitudinální studii o těhotenství a dětství (ELSPAC) byly údaje o kuřáckém chování rodičů v perikoncepčním období získávány v 18. týdnu těhotenství a byly dostupné pro každé individuální dítě. Lékařská vyšetření mužských potomků v době, kdy dosáhli věku 11 (210 osob), 13 (256 osob) a 15 (326 osob) let, zahrnovala i hodnocení vývoje jejich sekundárních pohlavních znaků. Jednotná kritéria pro rozlišení 5 vývojových stadií byla detailně popsána včetně názorných grafických piktogramů. Rozdíly ve frekvenci nástupu puberty mezi exponovanými a neexponovanými chlapci byly hodnoceny testy Mantelův-Haenszelův, chí-kvadrát a Yates v programu EPI INFO, verze 6.04a.

Výsledky:
Kouření obou rodičů v době početí urychlilo nástup puberty u chlapců: vyšší výskyt 2. a 3. stupně vývoje penisu, testes i pubického ochlupení v 11 letech věku (OR 2,73, 95% CI 1,00, 7,49; p = 0,02) a vyšší četnost 2. a 3. stupně pubického ochlupení ve věku 13 let (OR 3,61, 95% CI 0,88, 14,61; p = 0,03). Při posledním vyšetření v 15 letech již nebyly nalezeny žádné rozdíly mezi neexponovanými a prenatálně exponovanými hochy. Kuřáctví matky před těhotenstvím bylo asociováno se snížením poměru mužského/ženského pohlaví novorozenců (0,65; p = 0,065); rozdíly byly jen na hranici statistické významnosti.

Závěr:
V kohortě ELSPAC kouření rodičů v perikoncepčním období urychlilo dřívější nástup puberty u signifikantně většího počtu mužských potomků. Poměr mužského/ženského pohlaví novorozenců nebyl jejich antenatální expozicí kouřícím rodičům ovlivněn.

Klíčová slova:
perikoncepční expozice kouření, puberta mužských potomků, poměr pohlaví

Úvod

Meta-analytická studie Carlsenové, publikovaná začátkem 90. let minulého století, popisovala trend postupného snižování objemu ejakulátu a hustoty spermií v období let 1938–1991. Nejnovější práce tento nepříznivý trend nejen potvrdily, ale zabývaly se i hypotézou, že jednou z příčin poruch mužské fertility mohou být i podmínky ve fetálním období života [1].

Dalším zajímavým epidemiologickým jevem je, že podle dlouholetých statistik dochází od poloviny 20. století ke snižování poměru narozených chlapců na 100 dívek [2]. Poměr pohlaví u novorozenců se pokládá za určitý indikátor zdraví populace, neboť zahrnuje fakta o přirozené menší odolnosti spermií a plodů mužského pohlaví k působení různých rizikových faktorů zevního prostředí, které vychylují očekávaný poměr 1 : 1 [3]. Za jeden z možných faktorů ovlivňujících zmíněný trend je pokládáno kouření rodičů v době koncepce a těhotenství [4, 5, 6]. Uvedené epidemiologické souvislosti a z nich odvozené hypotézy iniciovaly organizaci studií cíleně zaměřených na sledování vlivu expozice při početí a během prenatálního života na změny vývoje a funkce mužského pohlaví.

Poškození morfologie a funkce varlat v důsledku expozice matčinu kouření bylo pozorováno už během embryonálního a fetálního období. Vyšetření mužských plodů získaných z legálních interrupcí v 1. trimestru prokázalo redukci počtu zárodečných i somatických buněk v testes v závislosti na velikosti expozice (počet denně vykouřených cigaret) [7]. Byly popsány i vývojové změny receptorů luteotropního hormonu a hladin luteotropního hormonu u exponovaných plodů [8]. Obdobné vyšetření prováděné ve 2. trimestru však rozdíly v počtu zárodečných, Leydigových a Sertoliho buněk mezi exponovanými a neexponovanými plody už neprokázalo [9]. Podobné nálezy byly zjištěny i po expozici experimentálních zvířat [10, 11].

Jiné studie potvrdily, že výše uvedené poruchy vývoje orgánů a funkcí ovlivňujících reprodukci nacházené v prenatálním období mohou přetrvávat až do dospělosti. U mužů narozených matkám kouřícím v těhotenství se častěji vyskytují menší testes, snížení celkového počtu spermií i jejich koncentrace, menší zastoupení motilních a morfologicky normálních spermií [12, 13, 14, 15, 16, 17]. Mnohé z těchto studií našly i vztah mezi dávkou (počet denně vykouřených cigaret, hladiny kotininu – specifický metabolit nikotinu) a účinkem. Naopak vztahy mezi kouřením otců a poruchami spermiogeneze či zvýšeným rizikem oligozoospermie nalezeny nebyly [12, 14, 15, 16].

Výsledky sledování produkce pohlavních hormonů u mužů s rozdílnou prenatální expozicí kouření nejsou jednotné. Zatímco některé práce hormonální změny po expozici prokázaly [12, 17, 18], jiné studie tyto výsledky nepotvrdily [14, 15, 19, 20].

Zatím není jasné, které chemické látky z celkového počtu asi 5000 vdechovaných kuřáky cigaret, z nichž mnohé pronikají k rodičovským zárodečným buňkám a také placentální bariérou až do plodu, jsou kauzálními faktory nacházených poruch fertility. Předpokládá se, že polycyklické aromatické uhlovodíky z cigaretového kouře mohou mít v prenatálním období přímý škodlivý účinek na lidské zárodečné buňky, indukují apoptózu, v jejímž důsledku může dojít ke snížení spermatogeneze v dospělosti [21].

Některé epidemiologické studie našly mírně zvýšené riziko výskytu kryptorchismu u hochů, jejichž matky kouřily v těhotenství [22], které bylo významné u potomků silných kuřaček [23, 24] a dokonce i u chlapců narozených ženám používajících přípravky náhradní nikotinové terapie [25]. Naopak prenatální expozice kouření se zdá být protektivním faktorem ve smyslu snížení rizika hypospadie [22] a incidence rakoviny testes [26].

Hormonální a morfologické změny pozorované u exponovaných plodů iniciovaly hypotézu o možném ovlivnění hypotalamo-pituitárních funkcí s následným posunem nástupu puberty u prenatálně exponovaných chlapců [17]. Tuto hypotézu jsme ověřovali ve studii ELSPAC (European Longitudinal Study of Pregnancy and Childhood), zahájené v letech 1990–1991 v kohortě těhotných žen v Brně a okrese Znojmo. Ve studii jsou získávány anamnestické údaje od obou rodičů v každé etapě, kdy jsou vyšetřováni jejich potomci. První anamnestické šetření se uskutečnilo v 18. týdnu těhotenství při prvním ultrazvukovém vyšetření ženy, poslední data o kohortě byla získávána při dosažení věku 18–19 let. Kromě mnoha znaků charakterizujících zdravotní stav a sociální prostředí každého z rodičů od dětství do současnosti, byli rodiče tázáni i na jejich kuřácké chování v anamnéze, v době kolem početí sledovaného dítěte, na začátku těhotenství i v jeho průběhu. Z těchto záznamů je možno odvozovat prenatální expozici dětí cigaretovému kouři a ta byla vztažena k mužským potomkům v jejich věku 11, 13 a 15 let. Informace o zdravotním stavu dítěte a jeho tělesném i psychickém vývoji a podmínkách, v nichž vyrůstá a vyvíjí se, jsou ve studii ELSPAC získávány v předem stanovených časových etapách z několika zdrojů: od matky, od spolupracujících a proškolených lékařů, ze specializovaných vyšetření prováděných výzkumným týmem u vybraných skupin dětí, později od učitelů a od jedenáctého roku věku i od samotných dětských probandů. Pro tuto analýzu jsme zvolili údaje z objektivních opakovaných lékařských vyšetření hochů realizovaných ve dvouletých intervalech mezi 11. a 15. rokem jejich života.

Metodika a soubory

Podle údajů rodičů o kouření před otěhotněním matky byly děti rozděleny do 4 skupin: (1) oba rodiče nekuřáci (NK), (2) oba rodiče kuřáci (K), (3) kouřil jen otec (OK), (4) kouřila jen matka (MK). V dotaznících s instrukcemi pro lékaře jsou uváděny u každého zdravotního znaku podrobné diagnostické charakteristiky, které mají sjednotit kritéria hodnocení zdravotního stavu získávaná od různých lékařů. Pro posouzení nástupu a vývoje sekundárních pohlavních znaků byla stanovena kritéria podle Tannerovy škály (slovní popis byl doplněn piktogramy):

Vývoj pubického ochlupení

1. žádné ochlupení
2. krátké světlé chloupky (rovné nebo vlnité)
3. tmavší, hrubší, vlnitější chloupky, pokrývají větší oblast
4. struktura chloupků jako v dospělosti, ochlupení nezasahuje na stehna
5. ochlupení tvoří trojúhelník, zasahuje na stehna

Vývoj penisu a testes

1. velikost a tvar nezměněn proti předchozímu období
2. větší penis i testes, změna vzhledu kůže skrota
3. další růst penisu, pokles varlat
4. další růst penisu i varlat, zvětšení žaludu, tmavší skrotum
5. velikost i tvar dospělého genitálu

Informace o kouření rodičů v období kolem početí byly získány pro 1122 rodičovských párů z Brna. Z tohoto souboru byly lékaři vyšetřeny děti (hoši i dívky) od 787 rodičovských párů. Oddíl dotazníku pojednávající o vyšetření sekundárních pohlavních znaků u chlapců byl někdy lékaři vynechán, takže znaky charakterizující průběh pohlavního dozrávání byly popsány u 210 jedenáctiletých, 256 třináctiletých a 326 patnáctiletých hochů. Složení rodičovských párů podle zastoupení nekuřáků a kuřáků bylo v celkovém a analyzovaném souboru velmi podobné (tab. 1).

Rozdíly ve frekvenci výskytu jednotlivých stadií pohlavního dozrávání byly porovnávány mezi chlapci nekouřících rodičů a těmi, kteří byli exponováni v době početí; testovány byly ve statistickém programu EPI INFO verze 6.04a (testy Mantelův-Haenszelův, chí-kvadrát, Yates).

Výsledky

U hochů ve věku 11 let kouření rodičů v době početí urychlilo nástup puberty, a to jak vývojem penisu, testes, tak i pubického ochlupení hodnocených stupněm 2 a 3; stupeň 4 se vyskytoval jen u jednotlivců (dohromady u 3 hochů) a stupeň 5 zjištěn nebyl ani v jednom případě. Statistická významnost byla nalezena ve vyšší frekvenci časného nástupu vývoje sekundárních pohlavních znaků mezi potomky obou kouřících rodičů při početí v porovnání se syny nekouřících rodičů (OR 2,73, 95% CI 1,00, 7,49; p = 0,02). Tendence k urychlení nástupu puberty byla patrná i v souvislosti s kouřením samotné matky, ovšem vzhledem k malému počtu probandů nebyly rozdíly statisticky významné. Naopak ve skupině, kde kouřili výhradně jen otcové, se urychlení nástupu puberty proti nekuřácké skupině neprojevilo (tab. 2). Trend urychlení nástupu puberty (2. a 3. stadium) u exponovaných byl patrný ještě ve věku 13 let, ale statisticky významné rozdíly v porovnání s potomky nekuřáků se projevily jen při hodnocení pubického ochlupení (OR 3,61, 95% CI 0,88, 14,61; p = 0,03). V tomto věku se ve všech skupinách vyskytovalo stadium 4 shodně u necelé pětiny vyšetřených, sta-dium 5 jen u jednoho jedince (tab. 2). Ve věku 15 let už většina chlapců (60 a více procent) ze všech skupin s rozdílnou prenatální expozicí byla hodnocena ve stadiu 4 a 5, ostatní ve stadiu 2 a 3; rozdíly nebyly statisticky významné (tab. 2).

Urychlení nástupu puberty v 11 letech nemělo vztah k porodní hmotnosti hochů: ve skupině, u níž puberta ještě nezačala, byla průměrná porodní hmotnost 3427 g (s.d. 359 g), ve skupině hodnocené stupněm 2 byla porodní hmotnost 3454 g (s.d. 333 g) a ve skupině hodnocené stupněm 3 byla porodní hmotnost 3439 g (s.d. 351 g). Rozdíly nebyly statisticky významné (obr. 1).

Údaje o kouření kolem početí byly vztahovány také k pohlaví narozeného dítěte. Pokud byli oba rodiče nekuřáci, byl poměr pohlaví lehce vychýlen ve prospěch dívek: v celém sledovaném souboru byl poměr mužského k ženskému pohlaví 1,07 (tab. 3). Kouření otce v rodičovském páru přispívalo k většímu zastoupení hochů; rozdíly však nejsou statisticky významné. Kuřáctví matky bylo asociováno se snížením počtu narozených chlapců (poměr 0,65), ale v porovnání s poměrem pohlaví u dětí nekuřáckých rodičů jsou rozdíly jen na hranici statistické významnosti (p = 0,06).

Diskuse

V analyzovaném souboru studie ELSPAC bylo v době kolem početí jen 10 % nekouřících rodičovských párů, zatímco více než polovina potomků měla oba rodiče kuřáky. V průběhu těhotenství ženy postupně přestávaly kouřit, frekvence kuřaček klesla z 60,9 % při početí na 15,8 % při porodu; zásadní zlom v prevalenci kuřaček byl v období diagnostiky těhotenství, tj. ve 2. měsíci. V souboru byl jen ojedinělý výskyt silných kuřaček (více než 15, resp. 20 cigaret denně), a pokud ženy nepřestaly zcela kouřit během těhotenství, počet cigaret omezily.

Poměr pohlaví u novorozenců v celém souboru ELSPAC (tj. u 5548 dětí z Brna a Znojma) byl 1,07 ve prospěch mužského pohlaví a zcela shodný poměr byl i v té skupině, u které bylo možno hodnotit kuřáctví rodičů při početí. Ve studii ELSPAC jsme nepotvrdili vliv kouření rodičů na změny poměru pohlaví v neprospěch hochů; matky kouřící při početí a v těhotenství měly sice nižší zastoupení hochů v jejich potomstvu, ale statisticky nevýznamně. K podobným výsledkům dospěly i studie Obela et al. [27] a Herona a Nesse, jejichž longitudinální studie používá stejnou metodiku jako česká verze ELSPAC [28]. Významně zvýšený poměr narozených chlapců kouřícím rodičům popsali Beratis et al. [29], naopak nižší počet mužských potomků kuřáků byl nalezen v jiných studiích [4, 5, 6]; takto vychýlený poměr pohlaví byl častější u potomků silných kuřáků [6, 30]. Protože není znám mechanismus působení, jsou zvažovány různé hypotézy pro vysvětlení různých výsledků: anti-estrogenní účinky nikotinu, různý vliv cigaretového kouření na motilitu spermií s X a Y chromozomy, hormonální dysbalance ovlivňující implantaci mužského embrya apod. [6].

Významně častěji byl zjištěn časný nástup puberty ve skupině potomků obou kouřících rodičů, a to jak ve věku 11 let, tak i 13 let; při dalším vyšetření u patnáctiletých už rozdíly mezi jednotlivými skupinami hochů nebyly významné. Také kouření samotných matek v době početí bylo asociováno s vyšší – ale vzhledem k máločetnému souboru v této skupině statisticky nevýznamnou – četností časného nástupu puberty u jejich synů, hodnoceného podle vývoje penisu, testes a pubického ochlupení. Naše výsledky potvrzují dříve publikované závěry studie zahrnující 3500 mladých dánských mužů [17]. U mužů s pozitivní anamnézou perikoncepční expozice našli signifikantně snížené hladiny inhibinu B a poměru inhibinu B/FSH (folikulární stimulační hormon). Obdobné výsledky popsala i studie Storgaarda et al. [12]. Hormonální dysbalance, která se často objevuje u kuřáků a přetrvává po určitou dobu i během abstinence, může ovlivnit funkce hypotalamo-pituitární osy, což by vysvětlovalo zmíněné nálezy [17]. Může však také iniciovat primární redukci testikulární spermiogenetické kapacity, kterou autoři obou studií skutečně prokázali, neboť našli u perinatálně a prenatálně exponovaných mladých mužů kromě nástupu puberty v mladším věku a nižší průměrné tělesné výšky také nižší obsah i hustotu spermií, menší rozměry testes. Časná puberta zkracuje dětské období růstu, což pak vysvětluje i menší vzrůst hochů, u nichž puberta nastupuje v mladším věku [31, 32]. Pro úplnost je však třeba připomenout, že jiné studie asociace mezi perinatální a intrauterinní expozicí kouření a hodnotami inhibinu B nezjistily [18, 19, 20].

Nástup puberty může ovlivnit řada životních podmínek během intrauterinního vývoje i po narození. Pro možný přímý vliv expozice kouření rodičů v perikoncepčním a intra-uterinním období svědčí výsledky relativně mladého vědního oboru zaměřeného na výzkum epigenetických mechanismů, kterými zevní faktory mohou modifikovat fenotyp v období prenatální expozice. Práce zaměřené na studium úlohy nekódujících RNA (nc-RNA) popisují odlišné zastoupení některých podskupin mikroRNA ve spermiích kuřáků a nekuřáků [33–35]. Předpokládá se, že některé mikroRNA mohou ovlivňovat buněčnou proliferaci, diferenciaci a apoptózu v tkáních, v nichž se specificky vyskytují. Pokud spermie obsahující změněné mikroRNA oplodní vajíčko, přenesou změny fenotypu na další, přímo neexponovanou generaci [36]. Ještě významnější úloha je připisována další skupině ncRNA, třídě PIWI-RNA. Z experimentálních prací je zřejmé, že mají klíčový význam během vývoje linie zárodečných pohlavních buněk v embryonálním období savců. Výsledky epigenetických modifikací těchto PIWI-RNA se mohou manifestovat při spermiogenezi, aktivaci oocytů a schopností fertility u dospívajících a dospělých jedinců [37, 38]. Zatím ovšem ještě nevíme, které zevní faktory ovlivňují tvorbu nebo změny PIWI-RNA. Také další epigenetický mechanismus – modifikace histonových proteinů – byl popsán v souvislosti s kouřením v těhotenství. V placentárních buňkách modifikace histonu nepříznivě ovlivňují růst a diferenciaci placentární tkáně a přispívají k intrauterinní růstové retardaci plodu [39, 40].

Nástup puberty může ovlivňovat řada zevních faktorů, zejména sociálních a výživových. V posledních letech je věnována pozornost chemickým látkám, které ovlivňují hormonální rovnováhu a jsou zahrnovány pod pojem „endokrinní disruptory, resp. modulátory“. Představují nesourodou skupinu přírodních i syntetických hormonů, přírodních součástí rostlin, pesticidů, látek používaných při výrobě umělých hmot, různé konzumní, průmyslové i odpadní látky. Mohou působit prostřednictvím řady mechanismů (např. vazbou na receptory, ovlivněním syntézy a transportu hormonů) a vyvolávat funkční změny v různých orgánech. Jejich možné účinky na člověka jsou studovány ve čtyřech oblastech: reprodukce, nervové a psychické, imunologické a možné karcinogeneze. Výsledky studií jsou zatím spíše v oblasti epidemiologických souvislostí: ve vztahu k možné expozici endokrinním dis-ruptorům byl pozorován i vyšší výskyt předčasné puberty [41].

I když tyto další faktory nemůžeme vyloučit, zvažujeme, že náš soubor byl v těchto souvislostech velice homogenní: výsledky publikovaného šetření se týkaly jen brněnských dětí, jejichž expozice environmentálním faktorům byla podle našeho mínění obdobná. Děti žily ve 3–4členných rodinách, takže i sociální prostředí v období jejich dětství a začátků dospívání v 90. letech nevykazovalo významné rozdíly.

Ve studii ELSPAC nebylo možné provádět detailnější klinická nebo laboratorní sexuologická vyšetření. Mezi jedenáctiletými chlapci bylo v jednotlivých skupinách s rozdílnou perikoncepční expozicí 20–50 % těch, u nichž puberta nezačala, naopak 4. stadium bylo jen u jednotlivců a 5. u žádného vyšetřovaného. Ve 13 letech naopak jen u jedinců ještě nenastal nástup puberty, necelá pětina dosáhla stupně 4. V těchto dvou věkových kategoriích byla porovnávána prevalence 2. a 3. stadia v jednotlivých skupinách a byly nalezeny předpokládané rozdíly mezi potomky rodičů kouřících a nekouřících v perikoncepčním období. Ve věku 15 let už proces vývoje sekundárních pohlavních znaků postoupil u všech sledovaných chlapců tak, že rozdíly mezi jednotlivými skupinami zcela vymizely.

Za limitující faktory naší studie pokládáme to, že výpovědi rodičů o jejich kuřáckém chování byly pouze subjektivní, nepotvrzené objektivním laboratorním vyšetřením; nicméně tento problém mají i ostatní studie, s nimiž naše výsledky konfrontujeme. Naopak v prospektivním designu ELSPAC bylo možno přesně definovat nástup puberty při odborném a jednotném posuzování lékaři, zatímco mnohé retrospektivní studie byly postaveny také jen na subjektivních údajích starších respondentů.

Závěr

Studie ELSPAC našla vztahy mezi kouřením obou rodičů v období kolem početí a dřívějším nástupem puberty u takto exponovaných chlapců. Naznačila i souvislosti mezi kouřením samotné matky před otěhotněním a časnějším nástupem puberty u hochů. Ve skupině, kde kouřili jen otcové, se významné urychlení nástupu puberty proti nekuřácké skupině neprokázalo. Studie ukazuje, že jedním z faktorů přispívajícím k časnějšímu nástupu puberty je i kouření rodičů, a to už v perikoncepčním období. Naopak kouření rodičů v perinatálním období neovlivnilo poměr pohlaví u novorozenců.

Studie byla podpořena grantem IGA MZ ČR č. NS 9669 – 4/2008.

Došlo: 16. 5. 2012

Přijato: 31. 7. 2013

Prof. MUDr. Drahoslava Hrubá, CSc.

Ústav preventivního lékařství LF MU

Kamenice 5

625 00 Brno

e-mail: hruba@med.muni.cz