Advanced

EXPOSURE TO PERSISTENT ORGANOCHLORINE POLLUTANTS AND MALE SEMEN FUNCTION

Rignell-Hydbom, Anna LU (2005)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Långlivade klororganiska miljögifter (POP) som polyklorerade bifenyler (PCB), dioxiner och och insektsgiftet diklordifenyltrikloretan (DDT) har sedan decennier funnits i vår miljö. PCB framställdes genom klorering av bifenyl och det finns 209 olika varianter. En av dessa är CB-153, vilken är den vanligast förkommande PCB varianten, och vi har använt denna som biomarkör i våra studier. PCB har låg brännbarhet och låg ledningsförmåga för värme och elektricitet. Dessa egenskaper gjorde dem mycket användbara inom industrin. De har framförallt använts sedan andra världskrigets slut som isolatorvätskor i transformatorer och kondensatorer, som mjukgörare i plaster och som tillsatsmedel i hydrauloljor,... (More)
Popular Abstract in Swedish

Långlivade klororganiska miljögifter (POP) som polyklorerade bifenyler (PCB), dioxiner och och insektsgiftet diklordifenyltrikloretan (DDT) har sedan decennier funnits i vår miljö. PCB framställdes genom klorering av bifenyl och det finns 209 olika varianter. En av dessa är CB-153, vilken är den vanligast förkommande PCB varianten, och vi har använt denna som biomarkör i våra studier. PCB har låg brännbarhet och låg ledningsförmåga för värme och elektricitet. Dessa egenskaper gjorde dem mycket användbara inom industrin. De har framförallt använts sedan andra världskrigets slut som isolatorvätskor i transformatorer och kondensatorer, som mjukgörare i plaster och som tillsatsmedel i hydrauloljor, smörjoljor, färg, fogmassor och självkopierande papper. PCB uppmärksammades som miljögift i mitten av 1960-talet. Föreningarna är svårnedbrytbara och långlivade i miljön, i synnerhet de som är högklorerade. Idag är de allmänt spridda och förekommer i såväl luft, vatten, jord och sediment som i flora och fauna. Nyanvändning av PCB förbjöds i Sverige 1978 och från 1995 får inga PCB-innehållande produkter användas, men de fortsätter att läcka ut i miljön bland annat via avfallshantering. Dessutom återfinns stora mängder PCB i fogmassor och andra byggnadsmaterial i hus.



DDT har framförallt använts som ett insektsgift och förbjöds i de flesta länder på 1970-talet men används fortfarande på vissa ställen i världen för att bekämpa malariamyggan. Den mest stabila och långlivade nedbrytningsprodukten av DDT är p,p´-DDE och denna har vi använt som biomarkör.



Både PCB och p,p´-DDE är ämnen, som söker sig till fettrik vävnad och är motståndskraftiga mot nedbrytning. Därför anrikas de i näringskedjorna och människan exponeras väsentligen via födan.



I Sverige är intag av fet fisk, strömming och lax från Östersjön en viktig exponeringskälla. Yrkesfiskare längs ostkusten och deras familjer är den grupp i Sverige som bedöms ha högst exponering för POP.



Ett danskt forskarteam publicerade 1992 en sammanställning av 62 spermiestudier, gjorda mellan 1938 och 1991 från olika delar av världen och där resultaten pekade på en försämring av spermiekvalitén över tid. Sedan dess har andra studier, från olika delar av världen med liknande resultat publicerats men det finns även studier där ingen förändring av spermiekvalitén ses. Även om resultaten är motsägelsefulla, kan man fråga sig om exponering för olika ?endocrine disruptors?, d.v.s. ämnen som stör hormonbalansen, från miljön skulle kunna påverka spermiekvaliteten. Vi vet från djurstudier att PCB och DDT/DDE är sådana ämnen.



Syftet med detta avhandlingsprojekt var att undersöka om det i en grupp män som är högexponerad för POP går att belägga ett samband mellan sådan exponering och olika spermiefunktionsvariabler.



Från tidigare studier gjorda på Sektionen för Yrkes och miljömedicin vet vi att fiskare från ostkusten har högre halter av PCB och p,p?-DDE i blodet jämfört med fiskare från västkusten. För att få ett så brett exponeringsspann som möjligt inbjöds fiskare från båda kuststräckorna att delta i studien.



Totalt deltog 195 män, som var 24-65 år gamla och bosatta på antingen ost- eller västkusten. Per telefon besvarade de frågor angående livstil, medicinsk och reproduktiv bakgrund. I deltagarnas hem togs blodprov och spermaproven överlämnades. För att kunna analysera spermaprovet inom en timme efter ejakulation byggdes en skåpbil om till ett mobilt laboratorium. Här gjordes de akuta spermieanalyserna, blodproven centrifugerades och spermier och blod frystes för senare analyser.



I den första studien undersöktes spermiemotiliteten, d.v.s. hur snabbt och målinriktat spermierna rör sig, och spermiekoncentrationen, d.v.s. hur många miljoner spermier per ml det fanns i ejakulatet). Vi fann att de män som hade de högsta serum- koncentrationerna av CB-153 hade sämre spermiemotilitet jämfört med de män som hade de lägsta serumkoncentrationerna. Detta resultat var inte helt statistiskt signifikant men ändå intressant eftersom andra studier har visat att POPexponering påverkar spermiemotiliteten. Vi fann ingen skillnad mellan högt och lågt exponerade vad gäller spermikoncentrationen. Liknande men mycket svagare samband sågs för p,p´-DDE exponering och spermiemotilitet.



I den andra studien undersökte vi om det fanns ett samband mellan POP exponering och skador på spermiekromatinet. Detta består av spermiens DNA, som inför transport mot ägget skall vara väl förpackat och skyddat. Vi har använt en flödescytometrisk metod, ?Sperm Chromatin Structure Assay?, för att undersöka om det finns ett samband mellan exponering för POP och brott på spermiernas DNA-spiral. Vid denna metod färgas spermierna och när en laserstråle riktas mot spermierna lyser de spermier med normalt förpackat dubbelsträngat DNA gröna och de med DNA strängbrott röda. Som mått anger man fraktionen av spermier med DNA strängbrott (DFI). Ett visst antal spermier med DNA-strängbrott finner man normalt i ett ejakulat. Studier har visat att om antalet spermier med strängbrott överstiger 20 % så minskar mannens befruktningsförmåga och stiger andelen till mer än 30 % är förmågan obefintlig.



När de 178 männen delades upp i fem lika stora grupper utifrån CB-153 i serum koncentration fann vi att de fyra högst exponerade grupperna (>113 ng/g fett) skiljde sig från den lägst exponerade gruppen. De högst exponerade hade 41% högre DFI jämfört med den lägst exponerade gruppen. Det förelåg en liknande tendens till samband mellan p,p´-DDE, men det var inte lika starkt. Resultaten antyder att POP exponering kan ge en negativ effekt på stabiliteten i spermiekromatinet och därigenom förorsaka skador på DNA spiralen.



I den tredje studien har vi undersökt om det finns ett samband mellan POP exponering och kvoten av Y:X kromosombärande spermier. Vi fann att det fanns ett signifikant samband mellan såväl CB-153 och p,p´-DDE och fraktionen av Y kromosombärande spermier. De män som hade höga serumkoncentrationer av p,p´-DDE eller CB-153 hade också högst andel Y kromosombärande spermier. Så vitt vi vet har inga tidigare studier, undersökt sambandet mellan POP exponering och fraktionen av Y:X kromosombärande spermier. Däremot finns det ett antal studier där man undersökt födelsekvoten pojke/flicka i populationer där POP exponering skett. I världen föds det något fler pojkar än flickor (ca. 51.4 %) men under de senaste åren har det vuxit fram misstankar om att födelsekvoten håller på att förändras och att en av orsakerna till förändringen skulle kunna vara exponering för miljögifter. Resultaten från studierna är motsägelsefulla, vilket kan bero på att man undersökt populationer med olika POP exponeringar och att fäderna vid exponering varit olika gamla. En jämförelse mellan kvoten av Y:X kromosom bärande spermier och andelen födda pojkar/flickor är inte helt jämförbar. Vi vet inte vilka biologiska mekanismer som avgör om en Y- eller X bärande spermie skall befrukta ägget. Det är möjligt att miljögifter med hormonstörande effekt kan ha effekt även under detta tidsintervall.



I den fjärde studien undersökte vi om det fanns ett samband mellan POP exponering och biomarkörer i sädesvätskan för prostatas, bitestiklarnas, och sädesblåsornas funktion. I bitestiklarna bildas neutral-?-glukosidas som är en markör för hur bitestiklarna fungerar och i prostata bildas prostata-specifikt antigen (PSA) och zink. PSA har betydelse för spjälkningen av gelbildande proteiner som måste ske för att spermierna efter ejakulation skall kunna röra sig. Orsaken till de höga koncentrationerna av zink i prostatakörteln är inte klarlagt. I sädesblåsorna bildas fruktos som sannolikt fungerar som energikälla för spermierna. Studien ger inget stöd för att POP-exponering skulle kunna påverka bitestiklarnas, prostatas eller sädesblåsornas funktion.



Sammanfattningsvis tyder en del av våra resultat på att det finns ett negativt samband mellan exponering för POP och spermiemotilitet, skador på spermiernas DNA och en förändring av Y:X kvoten av kromosombärande spermier. Våra undersökningar utgör en del av EU-projektet Inuendo (www.inuendo.dk), som bl. a. omfattar liknande studier som utförts på Grönland samt i Polen och Ukraina. Inom den närmaste framtiden kommer resultaten från dessa länder att publiseras. Den totalt undersökta gruppen är unikt stor, och kommer att kunna ge ett väsentligt bidrag till riskvärderingen för POP. (Less)
Abstract
Persistent organochlorine pollutants (POPs), such as polychlorinated biphenyls (PCB) and the insecticide dichloro-diphenyl-dichloro-ethylene (DDT) have been released into the environment mainly since the second World War. POPs accumulate especially in highly ranked predators of the aquatic food chain. In Sweden, the major exposure route for POPs are through consumtion of fatty fish, such as salmon and herring, from the Baltic Sea.



During recent years there has been concern regarding a possible, time-related deterioration of human sperm quality. Many of the POPs in experimental studies have shown hormone-like activities, and prenatal animal exposure to PCB and DDT has shown a decrease in sperm quality and malformations.... (More)
Persistent organochlorine pollutants (POPs), such as polychlorinated biphenyls (PCB) and the insecticide dichloro-diphenyl-dichloro-ethylene (DDT) have been released into the environment mainly since the second World War. POPs accumulate especially in highly ranked predators of the aquatic food chain. In Sweden, the major exposure route for POPs are through consumtion of fatty fish, such as salmon and herring, from the Baltic Sea.



During recent years there has been concern regarding a possible, time-related deterioration of human sperm quality. Many of the POPs in experimental studies have shown hormone-like activities, and prenatal animal exposure to PCB and DDT has shown a decrease in sperm quality and malformations. Human studies have shown that exposure to POPs has a negative effect on male reproductive function, and especially sperm motility seems vulnerable.



We aimed to investigate whether exposure to 2,2´,4,4´, 5,5´-hexachlorobiphenyl (CB-153) and 1,1-dichloro-2,2-bis (p-chlorophenyl) ethylene (p,p´-DDE) (biomarkers for POP) affects semen volume, sperm motilty, sperm concentration, sperm chromatin integrity (%DFI), Y:X sperm chromosome ratio, and epididymal and accessory sex gland functions. In the study 195 Swedish fishermen, aged 24-65 years were included. The men provided semen samples, and the basic analysis were performed in a mobile laboratory unit. Blood samples and information relating to lifestyle, medical and reproductive history were obtained.



The current study indicates that high exposure to POP could affect semen function. We found a statistically significant association between serum levels of CB-153 and % DFI, but not for p,p´-DDE.



The Y:X sperm chromosome ratio was higher among men with high serum levels of both CB-153 and p,p´-DDE. There was an association between sperm motility and CB-153 serum levels, although not statistically significant but still interersting due to similar results in other studies.



We found no associations between semen volume, sperm concentration and POP exposure levels; furthermore the biomarkers (prostate-specific antigen, zinc, fructose and neutral alpha-glucosidase) used for evaluation of the epididymal and accesssory gland functions were not associated with POP exposure levels. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
opponent
  • Docent Kold-Jensen, Tina, Odense, Universitet
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
Miljömedicin, Environmental health, epididymal and accessory sex gland function, Y:X sperm chromosome ratio, sperm chromation integrity, sperm concentration, sperm motility, persistent organochlorine poluutants
publisher
Division of Occupational and Environmental Medicine, and Psychiatric Epidemiology Department of Laboratory Medicine Lund University
defense location
Föreläsningssal F1, Universitetssjukhuset Lund
defense date
2005-05-13 09:15
ISBN
91-85439-26-6
language
English
LU publication?
yes
id
64902003-c655-4c6f-bb15-d9cf1dabb5ef (old id 544746)
date added to LUP
2007-09-24 15:02:09
date last changed
2016-09-19 08:45:02
@phdthesis{64902003-c655-4c6f-bb15-d9cf1dabb5ef,
  abstract     = {Persistent organochlorine pollutants (POPs), such as polychlorinated biphenyls (PCB) and the insecticide dichloro-diphenyl-dichloro-ethylene (DDT) have been released into the environment mainly since the second World War. POPs accumulate especially in highly ranked predators of the aquatic food chain. In Sweden, the major exposure route for POPs are through consumtion of fatty fish, such as salmon and herring, from the Baltic Sea.<br/><br>
<br/><br>
During recent years there has been concern regarding a possible, time-related deterioration of human sperm quality. Many of the POPs in experimental studies have shown hormone-like activities, and prenatal animal exposure to PCB and DDT has shown a decrease in sperm quality and malformations. Human studies have shown that exposure to POPs has a negative effect on male reproductive function, and especially sperm motility seems vulnerable.<br/><br>
<br/><br>
We aimed to investigate whether exposure to 2,2´,4,4´, 5,5´-hexachlorobiphenyl (CB-153) and 1,1-dichloro-2,2-bis (p-chlorophenyl) ethylene (p,p´-DDE) (biomarkers for POP) affects semen volume, sperm motilty, sperm concentration, sperm chromatin integrity (%DFI), Y:X sperm chromosome ratio, and epididymal and accessory sex gland functions. In the study 195 Swedish fishermen, aged 24-65 years were included. The men provided semen samples, and the basic analysis were performed in a mobile laboratory unit. Blood samples and information relating to lifestyle, medical and reproductive history were obtained.<br/><br>
<br/><br>
The current study indicates that high exposure to POP could affect semen function. We found a statistically significant association between serum levels of CB-153 and % DFI, but not for p,p´-DDE.<br/><br>
<br/><br>
The Y:X sperm chromosome ratio was higher among men with high serum levels of both CB-153 and p,p´-DDE. There was an association between sperm motility and CB-153 serum levels, although not statistically significant but still interersting due to similar results in other studies.<br/><br>
<br/><br>
We found no associations between semen volume, sperm concentration and POP exposure levels; furthermore the biomarkers (prostate-specific antigen, zinc, fructose and neutral alpha-glucosidase) used for evaluation of the epididymal and accesssory gland functions were not associated with POP exposure levels.},
  author       = {Rignell-Hydbom, Anna},
  isbn         = {91-85439-26-6},
  keyword      = {Miljömedicin,Environmental health,epididymal and accessory sex gland function,Y:X sperm chromosome ratio,sperm chromation integrity,sperm concentration,sperm motility,persistent organochlorine poluutants},
  language     = {eng},
  publisher    = {Division of Occupational and Environmental Medicine, and Psychiatric Epidemiology Department of Laboratory Medicine Lund University},
  school       = {Lund University},
  title        = {EXPOSURE TO PERSISTENT ORGANOCHLORINE POLLUTANTS AND MALE SEMEN FUNCTION},
  year         = {2005},
}