Infertility in the stallion - Proceedings of SIVE - Pisa, 2005

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Infertilità nello stallone
Infertility in the stallion
Barry A. Ball
DVM, PhD, Davis, California, USA
Esiste una varietà di fattori in grado di portare alla degenerazione testicolare; tuttavia, nella maggior parte dei casi l’eziologia di questa
condizione resta indeterminata. La degenerazione testicolare correlata all’età viene descritta in
molte specie di mammiferi, compreso l’uomo.
La funzione delle gonadi nello stallone dipende
dall’esistenza di un normale asse ipotalamoipofisi-testicoli, con un controllo endocrino accuratamente modulato ed una regolazione locale delle funzioni cellulari da parte di fattori autocrini e paracrini all’interno dei testicoli.
Sino a non molto tempo fa, in medicina veterinaria l’uso dei test endocrini negli stalloni è
stato limitato, fatta eccezione per la diagnosi
dei casi di sospetto criptorchidismo nei cavalli
maschi. La mancanza di saggi standardizzati
ampiamente utilizzabili per la ricerca delle gonadotropine equine ha ostacolato l’impiego
diagnostico di queste metodiche negli stalloni
ipofertili. Le concentrazioni endocrine riscontrate nei soggetti esaminati devono essere interpretate alla luce dell’età dell’animale e della
stagione dell’anno, due variabili capaci di esercitare effetti significativi sulle concentrazioni
plasmatiche di LH e testosterone. Poiché la secrezione delle gonadotropine nello stallone ha
un andamento pulsante, i campioni prelevati
nell’arco di un ciclo di tre giorni possono essere più rappresentativi di un singolo campione.
Come nell’uomo, anche nello stallone la degenerazione testicolare è frequentemente associata ad elevate concentrazioni di FHS, mentre
l’LH può essere elevato (nel 50% circa degli
stalloni con oligospermia) ed i livelli basali di testosterone spesso appaiono normali. Le elevate
concentrazioni di gonadotropina osservate in
questi stalloni sono spesso associate ad un calo
della concentrazione di estrogeni, presumibilmente dovuto ad una riduzione della produzione
A variety of factors may lead to testicular
degeneration; however, in most cases the
etiology remains undetermined. Age related
testicular degeneration is described in many
mammalian species, including humans. Testicular function in the stallion depends upon
a normal hypothalamic-pituitary-testis axis
with a carefully regulated endocrine control
as well as local regulation of cell function
by autocrine and paracrine factors within
the testis.
Until recently, endocrine testing in stallions has been limited in veterinary practice
other than for diagnosis of suspected cryptorchidism in stallions. The lack of widely
available standardized assays for equine gonadotropins has hindered their diagnostic
use in subfertile stallions. Endocrine concentrations in stallions must be interpreted
in terms of the stallion’s age and the season
of the year because both of these variables
have significant effects on LH and testosterone concentrations in plasma. Because
secretion of the gondotropins in the stallion
is pulsatile, samples taken over the course of
three days may be more representative than
a single sample.
As in man, testicular degeneration in the
stallion is frequently associated with elevated
FSH concentrations while LH may be elevated (in about 50% of oliogospermic stallions)
and basal testosterone often appears normal.
The elevated gonadotropin concentrations
observed in these stallions is often associated
with a decreased estrogen concentration,
presumably due to reduced production by the
testis. Decreases in concentrations of inhibin
have been noted in stallions early in the
course of testicular degeneration, prior to detectable changes in steroid hormones. Mea-
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da parte dei testicoli. Diminuzioni delle concentrazioni di inibina sono state notate in stalloni
che si trovavano nelle fasi iniziali del decorso
della degenerazione testicolare, prima della
comparsa di modificazioni rilevabili degli ormoni steroidei. La misurazione dei livelli basali sierici di estrogeni, inibina ed FSH sembra più utile per prevedere le variazioni delle fertilità, mentre i mutamenti dei livelli basali di LH e di testosterone tendono a verificarsi più tardivamente durante il decorso della condizione. La misurazione di questi ormoni va effettuata quotidianamente per tre giorni, prelevando campioni
sempre allo stesso momento della giornata (le 9
del mattino) per ridurre al minimo gli effetti delle variazioni diurne sui risultati. Per valutare ulteriormente le modificazioni dell’asse ipotalamo-ipofisi-testicolo è stato suggerito il ricorso a
test di provocazione. Sia gli stalloni fertili che
quelli ipofertili sembrano in grado di rispondere
alla stimolazione con GnRH con un aumento dei
livelli di LH ed FSH, il che implica che l’ipofisi
in molti di questi stalloni è in grado di rilasciare
gonadotropine in risposta al GnRH. Per differenziare ulteriormente le alterazioni dell’ipofisi
da quelle dei testicoli negli stalloni è stato suggerito l’impiego di un test basato su un singolo
impulso di GnRH. Secondo questo protocollo, si
somministra una singola dose di GnRH (25 µg
IV) alle 9 del mattino, prelevando poi dei campioni di sangue a distanza di -30, 0, 30, 60 e 120
minuti. Su queste matrici si effettua la determinazione dei livelli di testosterone ed LH. Le risposte anormali sono caratterizzate dalla mancata comparsa di un incremento dei livelli di LH e
testosterone dopo la somministrazione di GnRH.
Come parametri minimi per la valutazione del
test di risposta, è stato suggerito di utilizzare un
incremento del 50% rispetto al valore basale dopo 30 minuti dalla somministrazione di GnRH
per l’LH ed un incremento del 100% rispetto al
valore basale per il testosterone.
GnRH: La terapia endocrina degli stalloni
ipofertili è stata oggetto di notevoli attenzioni
nell’arco degli anni, sulla base della premessa
che questi stalloni ipofertili possono rispondere
in modo positivo all’aumentata produzione di
testosterone stimolata da GnRH esogeno o
hCG. La disponibilità dei protocolli di trattamento prolungati basati sull’impiego di pompe
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surement of basal serum concentrations of
estrogen, inhibin and FSH appear most useful in predicting changes in fertility whereas
changes in basal LH and testosterone tend to
occur late during the course of the condition.
Measurement of these hormones should be
conducted daily for three days with samples
taken at a consistent time in the day (9:00
am) to minimize the effects of diurnal variation on the results.
Response testing has been advocated to further evaluate changes in the hypothalamic-pituitary-testis axis. Both fertile and subfertile
stallions appear able to respond to GnRH
stimulation with an elevation in LH and FSH,
which implies that the pituitary in many of
these stallions is capable of releasing gonadotropins in response to GnRH. A single
GnRH pulse test has been advocated to further
differentiate pituitary vs. testis changes in the
stallion. In this protocol, a single dose of
GnRH (25 µg; IV) is administered at 9:00 am
with blood samples taken at -30, 0, 30, 60, and
120 minutes. Samples as assayed for both
testosterone and LH. Abnormal responses are
characterized by failure to elicit an increase in
both LH and testosterone after GnRH administration. A 50% increase over baseline at 30
minutes post-GnRH for LH and a 100% increase over baseline in testosterone have been
suggested as minimal parameters for assessing
the response test.
GnRH: Endocrine therapy in subfertile
stallions has received considerable attention
over the years based on the premise that
these subfertile stallions might respond positively to increased production of testosterone stimulated by exogenous GnRH or
hCG. The availability of sustained treatment
protocols using osmotic or pulsatile pumps
for GnRH administration has been used in a
number of studies in an attempt to improve
seminal parameters of stallions with presumed testicular degeneration.
Studies on the use of GnRH therapy in subfertile stallions to date have not demonstrated
improved seminal parameters in spite of a
number of anecdotal reports of success with
different preparation of GnRH in stallions.
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osmotiche o pulsanti per la somministrazione
del GnRH è stata utilizzata in numerosi studi,
nel tentativo di migliorare i parametri seminali
di stalloni con presunta degenerazione testicolare. Sino ad oggi, gli studi sull’impiego della
terapia con GnRH negli stalloni ipofertili non
hanno dimostrato un miglioramento dei parametri seminali, a dispetto di numerose segnalazioni aneddotiche di successi ottenuti con differenti preparazioni di GnRH negli stalloni.
Ormone della crescita: L’ormone della crescita (GH) svolge un ruolo importante nella regolazione della funzione riproduttiva del maschio e nello sviluppo ed è stato considerato un
potenziale bersaglio terapeutico in andrologia
clinica. Il GH possiede molteplici tessuti bersaglio e molte delle sue azioni sembrano essere
mediate da fattori di crescita, in particolare il fattore di crescita insulinosimile-I (IGF-I). Sia le
cellule del Sertoli che quelle di Leydig esprimono dei recettori per il GH, nonché per l’IGF-I;
inoltre, il GH e l’IGF-I possono anche influire
direttamente sullo sperma. Il trattamento degli
stalloni con un analogo della somatostatina ha
determinato una riduzione dei parametri di motilità degli spermatozoi senza variazione del loro
numero o alterazione delle concentrazioni di GH
circolante. La motilità degli spermatozoi ed i tassi stagionali di gravidanza negli stalloni che nel
plasma seminale presentavano basse concentrazioni di IGF-I erano minori di quelli riscontrati
in animali analoghi, ma con elevate concentrazioni di questo fattore di crescita. Forse, la prova più convincente di un potenziale ruolo terapeutico di GH/IGF-I nella fertilità maschile deriva da uno studio condotto nei tori in cui la somministrazione di GH bovino ricombinante (rBGH) ha determinato un aumento della motilità
dopo scongelamento ed un miglioramento della
fertilità in confronto ai tori di controllo. Negli ultimi anni, sono state pubblicate segnalazioni
aneddotiche di successi della terapia con GH in
stalloni ipofertili. Al momento attuale, mancano
dettagli relativi alla presentazione clinica, al protocollo di trattamento ed ai risultati ottenuti, per
cui è difficile determinare i possibili benefici terapeutici della somministrazione di GH. Sulla
base della letteratura disponibile, sembra che
questo ormone sia più utile nei maschi con bassi parametri di motilità degli spermatozoi.
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Growth hormone: Growth hormone
(GH) plays an important role in the regulation of male reproductive function and development and has been considered a potential therapeutic target in clinical andrology.
GH has multiple target tissues and much of
the action of GH appears to be mediated via
growth factors, particularly insulin-like
growth factor-I (IGF-I). Both Sertoli and
Leydig cells express receptors for GH as
well as IGF-I, and GH and IGF-I may also
affect sperm directly. Treatment of stallions
with a somatostatin analog resulted in a decrease in sperm motility parameters without
changes in sperm numbers or alteration in
circulating GH concentrations. Stallions
with low IGF-I concentrations in seminal
plasma had lower sperm motility and lower
seasonal pregnancy rates compared to stallions with high IGF-I concentrations in seminal plasma. Perhaps the most convincing
evidence for a potential therapeutic role of
GH / IGF-I in male fertility comes from a
study in bulls in which administration of recombinant bovine GH. In this study, administration of rBGH resulted in increased
post-thaw motility and improved fertility
compared to control bulls. Over the past
several years, there are anecdotal reports of
successful therapy of subfertile stallions
with GH. At present, details of clinical presentation, treatment regimen and outcome
measures are lacking so that it is difficult to
determine the possible therapeutic benefits
of GH therapy. Based upon available literature, it appears that GH would be most useful in males with low sperm motility parameters.
Indirizzo per la corrispondenza
Address for correspondence:
Barry A. Ball
D.V.M., Ph.D., Diplomate,
American College of Theriogenologists
Hughes Professor of Equine Reproduction
School of Veterinary Medicine
University of California, Davis
Davis, CA 95616 USA
E-mail: [email protected]
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Società Italiana Veterinari per Equini - SIVE - 11°Congresso Nazionale Multisala, Pisa 2005
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Proceedings
of the Annual
Meeting in
ofthe
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Italian
Association
Equine Veterinarians,
Pisa, Italy 2005