Gas chromatographic analysis of phospholipid fatty acids in human serum - Serum phospholipid fatty acid composition in relation to overweight, semen quality and weight loss

Abstract

Introduction: The increasing prevalence of overweight and obesity has become one of the major health concerns in modern times. Male obesity has been associated with decreased male reproduction function and fertility in some studies. Fertilizing ability may depend on a certain level of semen quality, and a link between male obesity and lowered semen characteristics has been suggested in several studies, although results are conflicting. Little is known on the influence of diet on semen quality in human males, and if weight loss will lead to an improvement in male reproduction function. Serum phospholipid fatty acid composition in some degree reflects dietary intake. The aim of this study was to investigate association between serum phospholipid fatty acid composition and semen quality, and to see whether the two parameters are affected by weight loss. Prior to this, a qualitative and quantitative method for analyses of serum fatty acid methyl esters (FAMEs) had to be established. Methods: Serum samples from men with body mass index (BMI) in the normal, overweight or obese range were collected at baseline and after weight loss, and analyzed in this study. Qualitative and quantitative analyses of serum phospholipid FAMEs were performed by using gas chromatography coupled flame-ionization detector (GC-FID). Qualitative results were confirmed by using GC-mass spectrometry, and capabilities of the two detector types were compared. BMI and serum phospholipid fatty acid composition were investigated for association with semen quality data, and fatty acid composition and semen quality were examined at baseline and after weight loss. Results: GC-MS presented a lower limit of detection and a more secure identification of FAMEs compared to GC-FID. At baseline, after adjusting for potential confounders, BMI in the obese range was inversely associated with semen volume, sperm concentration, total sperm count, total motility, progressively motile sperm count, sperm morphology and total normal morphology count, compared to men with normal BMI. The proportion of n-6 FAMEs in serum phospholipids showed an inverse association with sperm motility and normal morphology parameters. Increasing n-6/n-3-ratio was negatively, and the proportion of n-3 FAMES positively, related to sperm motility parameters. Weight loss was not found associated with any significant changes for neither serum phospholipid fatty acid composition nor semen quality. Conclusion: GC-MS is a powerful tool for fatty acid analysis in complex sample material compared to GC-FID. This study found association between obesity and decreased semen quality. A high proportion of n-6 FAMEs and a high n-6/n-3-ratio in serum phospholipids, which is typical for a Western diet today, were inversely associated with sperm motility. Weight loss did not alter the serum phospholipid FAME composition or semen quality, but the lack of significant effects may be due to few participants and the fact that participants remained overweight or obese after weight loss. Participants going through weight loss should be followed until a normal BMI is reached to reveal any effects of weight loss on the two investigated parameters.

Introduksjon: Forekomsten av overvekt og fedme er blitt en av de største utfordringene innen helse i den moderne tid. En del studier har assosiert mannlig overvekt med nedsatt reproduksjonsfunksjon og fertilitet. Evnen til fertilisering kan være avhengig av et visst sædkvalitetsnivå. Flere studier har presentert en sammenheng mellom mannlig overvekt og nedsatt sædkvalitet, men det finnes også motstridende resultater. Det er lite kjent hvilken påvirkning kosthold har på human sædkvalitet, og om kostholdsendring og/eller vektnedgang vil føre til et forbedret mannlig reproduksjonspotensiale. Fettsyresammensetningen i serum fosfolipider reflekterer til en viss grad fettinntak via kosthold. Målet for dette studiet var å undersøke om det er en assosiasjon mellom fettsyresammensetningen i serum fosfolipider og sædkvalitet, samt om de to parameterne separat er påvirket av vektnedgang. For å gjøre dette mulig måtte en kvalitativ og kvantitativ analysemetode for serum fosfolipid fettsyre metylestere (FAME) etableres. Metoder: Menn med kroppsmasseindeks (body mass index, BMI) karakterisert som normal, overvektig eller fedme avga blodprøver før og evt. etter vektnedgang, og serum ble benyttet i denne oppgaven. Kvalitative og kvantitative FAME-analyser ble utført ved gasskromatografi med flammeionisasjonsdetektor (GC-FID). Kvalitative analyser ble bekreftet med GC med massespektrometer (GC-MS) og de to instrumentene ble sammenliknet. BMI og FAMEsammensetningen i serum fosfolipider ble undersøkt i forhold til sædkvalitet, og FAMEsammensetning og sædkvalitet ble sett på separat før og etter vektnedgang. Resultater: GC-MS førte til en sikrere identifikasjon av FAME og en lavere nedre deteksjonsgrense sammenliknet med GC-FID. BMI karakterisert som fedme før vektnedgang, viste invers assosiasjon med sædvolum, sædcellekonsentrasjon, total antall sædceller, total motilitet, totalt progressive sædceller, normal morfologi og totalt antall sædceller med normal morfologi sammenliknet med menn med normal BMI. Andelen n-6 FAME i serum fosfolipider var inverst assosiert med motilitet- og morfologiparametere. Økende n-6/n-3-ratio viste en negativ assosiasjon med motilitetsparameterne, mens økende andel n-3 FAME viste motsatt effekt. Vekttap førte ikke til noen signifikante endringer i verken serum fosfolipid FAME-sammensetning eller sædkvalitet. Konklusjon: GC-MS ser ut til å være et kraftig verktøy for fettsyreanalyser i komplekst prøvemateriale sammenliknet med GC-FID. I dette studiet ble det funnet en assosiasjon mellom BMI og nedsatt sædkvalitet. En høy andel n-6 FAME og n-6/n-3-ratio i serum fosfolipider, noe som er typisk for dagens vestlige kosthold, var inverst assosiert med motilitet. Vekttap førte ikke til signifikante endringer i serum fosfolipid FAME-sammensetning eller sædkvalitet. En medvirkende årsak til mangelen på signifikant effekt av vekttap kan være få deltakere og at deltakerne fortsatt hadde en BMI karakterisert som overvektig eller fedme etter vekttapet. Deltakerne som går ned i vekt bør følges til de har oppnådd en normal BMI for å avsløre effekt av vekttap på de to aktuelle parameterne.