Pulse Doppler ultrasound as a tool for the diagnosis of chronic testicular dysfunction in stallions

Abstract

La función testicular es particularmente susceptible a lesiones vasculares, lo que resulta en un impacto negativo en la producción de esperma y la calidad del eyaculado. Un diagnóstico rápido de la disfunción testicular permite la implementación de un tratamiento adecuado, lo que mejora los pronósticos de fertilidad para los sementales. La presente investigación tiene como objetivo: (1) evaluar si la ecografía Doppler es una buena herramienta para diagnosticar sementales con disfunción testicular; (2) estudiar la relación entre los parámetros Doppler de la arteria testicular y los de la calidad del esperma evaluados mediante citometría de flujo y (3) establecer valores de corte para diferenciar los sementales fértiles de aquellos con patologías que causan disfunción testicular. Se utilizaron un total de 10 sementales (n: 7 sementales sanos y n: 3 sementales subfértiles) en este estudio. Se recogieron dos eyaculados por semental y se conservaron a 5 ° C en un extensor comercial. El semen se evaluó a T0, T24 y T48h mediante citometría de flujo. Se evaluaron la integridad y la viabilidad de los espermatozoides (YoPro®-1 / EthD-1), la actividad mitocondrial (MitoTracker® Deep Red FM) y el índice de fragmentación del ADN (ensayo de estructura de cromatina de esperma). Los parámetros Doppler se midieron en tres ubicaciones diferentes de la arteria testicular (arteria supratesticular (SA); arteria capsular (CA) y arteria intratesticular (IA)). Los parámetros Doppler calculados fueron: índice resistivo (RI), índice de pulsatilidad (PI), velocidad sistólica máxima (PSV), velocidad diastólica final (EDV), velocidad máxima media del tiempo (TAMV), flujo sanguíneo arterial total (TABF) y tasa TABF . La arteria capsular fue la ubicación más confiable para llevar a cabo la evaluación Doppler espectral, ya que los parámetros de flujo sanguíneo de esta arteria se correlacionaron más estrechamente con los parámetros de calidad del esperma. Se observaron diferencias significativas en todos los parámetros Doppler estudiados entre los sementales fértiles y subfértiles (p ≤ 0.05). El ensayo de análisis de componentes principales determinó que los sementales fértiles se caracterizan por valores altos de tasa de EDV, TAMV, TABF y TABF (alta perfusión vascular). En contraste, los sementales subfértiles tienden a presentar valores altos de PI y RI (alta resistencia vascular). Las curvas ROC revelaron que los mejores parámetros Doppler para predecir la calidad del esperma en los sementales fueron: velocidades Doppler (PSV, EDV y TAMV), el diámetro de la arteria capsular y los parámetros TABF (parámetros de perfusión tisular). Los valores de corte se establecieron utilizando un Índice de Youden para identificar sementales fértiles de sementales con disfunción testicular. El ultrasonido Doppler espectral es una buena herramienta predictiva para la calidad del esperma ya que las correlaciones se determinaron entre los parámetros Doppler y los marcadores de la calidad del esperma. La ecografía Doppler podría ser una herramienta de diagnóstico valiosa para el uso de los clínicos para el diagnóstico de sementales con disfunción testicular y podría ser una alternativa viable a los procedimientos invasivos que se utilizan tradicionalmente para el diagnóstico de trastornos de subfertilidad.

Testicular function is particularly susceptible to vascular insult, resulting in a negative impact on sperm production and quality of the ejaculate. A prompt diagnosis of testicular dysfunction enables implementation of appropriate treatment, hence improving fertility forecasts for stallions. The present research aims to: (1) assess if Doppler ultrasonography is a good tool to diagnose stallions with testicular dysfunction; (2) to study the relationship between Doppler parameters of the testicular artery and those of sperm quality assessed by flow cytometry and (3) to establish cut off values to differentiate fertile stallions from those with pathologies causing testicular dysfunction. A total of 10 stallions (n: 7 healthy stallions and n: 3 sub-fertile stallions) were used in this study. Two ejaculates per stallion were collected and preserved at 5°C in a commercial extender. The semen was evaluated at T0, T24 and T48h by flow cytometry. Integrity and viability of sperm (YoPro®-1/EthD-1), mitochondrial activity (MitoTracker® Deep Red FM) and the DNA fragmentation index (Sperm Chromatin Structure Assay) were assessed. Doppler parameters were measured at three different locations on the testicular artery (Supratesticular artery (SA); Capsular artery (CA) and Intratesticular artery (IA)). The Doppler parameters calculated were: Resistive Index (RI), Pulsatility Index (PI), Peak Systolic Velocity (PSV), End Diastolic Velocity (EDV), Time Average Maximum Velocity (TAMV), Total Arterial Blood Flow (TABF) and TABF rate. The capsular artery was the most reliable location to carry out spectral Doppler assessment, since blood flow parameters of this artery were most closely correlated with sperm quality parameters. Significant differences in all the Doppler parameters studied were observed between fertile and subfertile stallions (p ≤ 0.05). The principal components analysis assay determined that fertile stallions are characterized by high EDV, TAMV, TABF and TABF rate values (high vascular perfusion). In contrast, subfertile stallions tend to present high values of PI and RI (high vascular resistance). The ROC curves revealed that the best Doppler parameters to predict sperm quality in stallions were: Doppler velocities (PSV, EDV and TAMV), the diameter of the capsular artery and TABF parameters (tissue perfusion parameters). Cut off values were established using a Youden´s Index to identify fertile stallions from stallions with testicular dysfunction. Spectral Doppler ultrasound is a good predictive tool for sperm quality since correlations were determined among Doppler parameters and markers of sperm quality. Doppler ultrasonography could be a valuable diagnostic tool for use by clinical practitioners for the diagnosis of stallions with testicular dysfunction and could be a viable alternative to invasive procedures traditionally used for diagnosis of sub-fertility disorder.