Reactive oxygen metabolites are known to disrupt sperm-oocyte fusion, sperm movement, and DNA integrity; however, the relative sensitivities of these elements to oxidative stress are unknown. In this study these factors were assessed in human spermatozoa exposed to increasing levels of oxidative stress achieved through the stimulation of endogenous oxidant generation with NADPH or direct exposure to hydrogen peroxide. At low levels of oxidative stress, DNA fragmentation was significantly reduced while the rates of sperm-oocyte fusion were significantly enhanced. As the level of oxidative stress increased, the spermatozoa exhibited significantly elevated levels of DNA damage (p < 0.001) and yet continued to express an enhanced capacity for sperm-oocyte fusion. At the highest levels of oxidative stress, extremely high rates of DNA fragmentation were observed but the spermatozoa exhibited a parallel loss in their capacities for movement and oocyte fusion. These studies emphasize how redox mechanisms can either enhance or disrupt the functional and genomic integrity of human spermatozoa depending on the intensity of the oxidative stimulus. Because these qualities are affected at different rates, spermatozoa exhibiting significant DNA damage are still capable of fertilizing the oocyte. These results may have long-term implications for the safety of assisted conception procedures in cases associated with oxidative stress.

The literature contains conflicting evidence regarding the existence of DNA damage in spermatozoa from infertile male patients. To examine this phenomenon, we have studied ejaculated spermatozoa from normozoospermic semen donors and from a group of the unselected male partners of couples attending an infertility clinic for initial investigation. Classical semen analysis according to World Health Organization (WHO) guidelines was undertaken with computer-assisted sperm analysis (CASA). Spermatozoa were prepared by sequential washing and centrifugation and were analyzed for DNA fragmentation using three assays: 1) a single-cell gel electrophoresis (comet) assay, 2) in situ nick translation with prior chemical decondensation (ISNT-decondensed), and 3) in situ nick translation without prior chemical decondensation (ISNT-condensed). In addition, reactive oxygen species (ROS) generation by spermatozoa was measured, and seminal plasma was analyzed for its total reactive antioxidant potential (TRAP). When the donor and patient groups were compared, the latter had lower levels of semen quality and higher levels of DNA damage, which was particularly apparent using the comet assay. Highly significant negative correlations were observed between DNA fragmentation, detected by all three assays, and semen quality, particularly sperm concentration. In addition, multiple regression analysis indicated that other attributes of semen quality, such as sperm movement and ROS generation, were also related to DNA damage. We conclude that a significant proportion of infertile men have elevated levels of DNA damage in their ejaculated spermatozoa.

Recent reports have indicated a decrease in semen quality of men in some countries, and suggested regional differences. A study was undertaken of semen samples from 1082 fertile men from four European cities (Copenhagen, Denmark; Paris, France; Edinburgh, Scotland; and Turku, Finland). Semen analysis was standardized, inter-laboratory differences in assessment of sperm concentration were evaluated, and morphology assessment centralized. Lowest sperm concentrations and total counts were detected for Danish men, followed by French and Scottish men. Finnish men had the highest sperm counts. Men from Edinburgh had the highest proportion of motile spermatozoa, followed by men from Turku, Copenhagen and Paris. Only the differences between Paris/Edinburgh and Paris/Turku were statistically significant (P < 0.003 and P < 0.002 respectively). No significant differences in morphology were detected. A general seasonal variation in sperm concentration (summer 70% of winter) and total sperm count (summer 72% of winter) was detected. Semen quality of a 'standardized' man (30 years old, fertile, ejaculation abstinence of 96 h) were estimated. Typically, sperm concentrations (x 10(6)/ml) for winter/summer were: Turku 132/93; Edinburgh 119/84; Paris 103/73; and Copenhagen 98/69. These differences in semen quality may indicate different environmental exposures or lifestyle changes in the four populations. However, it remains to be seen whether such changes can account for these differences. These data may also serve as a reference point for future studies on time trends in semen quality in Europe.