Andrologische Diagnostik bei Fertilitätsstörungen

Unerfüllter Kinderwunsch ist ein Problem des betroffenen Paares. Dementsprechend sollte bei der Erstkonsultation genügend Zeit für ein ausführliches Gespräch mit beiden Partnern gegeben sein. Neben dem Alter des Patienten und seiner Partnerin sowie der Dauer der Partnerschaft sind Angaben zur Dauer des Kinderwunsches, zu gynäkologischen Befunden der Partnerin, vorausgegangenen reproduktionsmedizinischen Behandlungsmaßnahmen und eventuell bereits vorhandenen Kindern oder Schwangerschaften und deren Verlauf in derselben oder auch früheren Partnerschaften von Bedeutung (Köhn et al. 2020).

Für die Beurteilung potenziell fertilitätsschädigender Faktoren auf Seiten des Mannes ist mit Blick auf die Entwicklung der Hoden und der Spermatogenese die Einwirkungszeitpunkt von großer Bedeutung (intrauterin – postnatal – peripubertal – adult). Jahre bis Jahrzehnte zurückliegende Erkrankungen bzw. richtungweisende Beschwerden lassen sich allerdings zum Zeitpunkt der Untersuchung oft nicht mehr eruieren. Besonders zu beachten sind prä- oder perinatale Komplikationen, ein früherer Hodenhochstand (uni- oder bilateral? Spontandeszensus? Zeitpunkt und Art der Therapie?) sowie Erkrankungen, Verletzungen und Operationen im Bereich des Beckens bzw. der Genitalorgane (z. B. Hernie/Herniotomie, Vasektomie, retroperitoneale Eingriffe). Gezielt sollte nach lokalen Infektionen und Entzündungsreaktionen des Genitaltrakts gefragt werden, vor allem sexuell übertragbaren Infektionen. Ebenso relevant sind systemische Infektionen und ihre möglichen Komplikationen wie z. B. eine Mumps-assoziierte Orchitis.

Darüber hinaus bergen schwer verlaufende Allgemeinerkrankungen das Risiko einer Fertilitätsminderung, ebenso können zahlreiche Medikamente zu einer Beeinträchtigung der Spermatogenese führen (Krause 2008; Semet et al. 2017; Schuppe et al. 2019a). Neben ärztlich verordneten Pharmaka dürfen auch andere exogene Noxen wie Lifestyle-Faktoren und berufs- bzw. umweltbezogene Expositionen nicht übersehen werden (Köhn und Schuppe 2021).

Die andrologische Untersuchung ermöglicht es dem Mann, Sexualstörungen wie Libido-, Erektions-, Ejakulations- und Orgasmusstörungen anzusprechen, die nicht zuletzt situativ im Rahmen behandlungsbezogener psychischer Belastungen auftreten. Ebenso kann sich hinter dem Vorstellungsgrund „Kinderwunsch“ und der Frage nach Maßnahmen der assistierten Reproduktion eine Störung der Interaktion zwischen den Partnern verbergen.

Bei der allgemeinen körperlichen Untersuchung werden Körperproportionen (eunuchoider Hochwuchs?), Fettverteilung, Entwicklung der Muskulatur, Kopf- und Bartbehaarung sowie die Verteilung und Intensität der Körper-, Scham- und Achselbehaarung beurteilt. Größe, Gewicht, Bauch- und Hüftumfang sollten gemessen werden. Zum Status gehört auch die Untersuchung der Brust (Kap. „Endokrine Krankheitsbilder“).

Der Genitalstatus beinhaltet neben der Untersuchung des Penis (Phimose? Epi- oder Hypospadie? Schwellkörperveränderungen?) vor allem die Palpation des Skrotalinhalts. Erfasst werden Lage und Konsistenz der Hoden. Die Bestimmung der Volumina erfolgt mittels Orchidometer (nach Prader) oder sonografisch (normales Hodenvolumen 12–30 ml).

Die Oberfläche der Hoden ist glatt, die normale Konsistenz wird als prall-elastisch angegeben. Bei Verhärtungen bzw. inhomogener Konsistenz der Hoden ist eine Sonografie zum Ausschluss eines Tumors zwingend. Ebenso müssen in die Befundung Nebenhoden (Indurationen, Zysten, Spermatozelen?), Samenleiter (kongenitale, uni- oder bilaterale Aplasie des Vas deferens?), Plexus pampiniformis (Varikozele?) einbezogen und auf weitere, zumeist mit einer Schwellung einhergehende Veränderungen im Skrotum (Spermatozele, Hydrozele, Skrotalhernie?) geachtet werden. Die digitale rektale Untersuchung gibt Auskunft über mögliche pathologische Veränderungen der Prostata; die Bläschendrüsen sind palpatorisch nicht zu erfassen.

Die körperliche Untersuchung sollte durch eine Sonografie des Skrotalinhalts ergänzt werden (Jungwirth et al. 2019). Neben der Hodenvolumenbestimmung und der Verifizierung der oben aufgeführten klinisch-pathologischen Befunde lassen sich insbesondere nicht palpable, Neoplasie-verdächtige Strukturveränderungen im Hoden identifizieren (Abb. 1a; Kap. „Sonografie der Prostata und des äußeren Genitales“, Kap. „Hodentumor: diagnostisches Vorgehen“) (Lotti und Maggi 2015; Lotti et al. 2021).

Die transrektale Sonografie ist vor allem bei Patienten mit Azoospermie und Verdacht auf einen Samenwegsverschluss indiziert. Zentral finden sich als Ursache z. B. Zysten in der Prostata (Utrikuluszysten), aber auch pathologische Veränderungen im Bereich der Ductuli ejaculatorii oder der Bläschendrüsen (Agenesie? Dilatation?) sind relevant (Lotti und Maggi 2015). Eine chronische Prostatitis lässt sich dagegen nicht sonografisch charakterisieren.

Varikozelen werden sonografisch anhand der Aufweitung des Plexus pampiniformis unter Valsalva-Bedingungen verifiziert, wobei ein Venendurchmesser von mehr als 2,5 mm als charakteristisch gilt (Pilatz et al. 2011). Die Strömungsverhältnisse, d. h. der pathologische Reflux mit Messung des Peak-Flows, lassen sich mittels Doppler- oder farbkodierter Duplex-Sonografie erfassen (Abb. 1c). Letztere dient auch zur Darstellung der intratestikulären Perfusion (Abb. 1d).

Computertomografie (CT) und Magnetresonanztomografie (MRT) spielen in der andrologischen Routinediagnostik von Erkrankungen der Genitalorgane eine untergeordnete Rolle. Sie kommen vor allem bei der Abgrenzung zwischen Kryptorchismus und Anorchie zur Anwendung (Jurewicz und Gilbert 2016).

Das Ejakulat stellt einen komplexen Spiegel verschiedener Funktionen des männlichen Reproduktionssystems und ihrer Störungen dar. Der Ejakulatuntersuchung kommt somit eine zentrale Bedeutung bei der Diagnostik männlicher Fertilitätsstörungen zu (Rowe et al. 2000; Barratt et al. 2017; Colpi et al. 2018; Toth et al. 2019; Schlegel et al. 2021).

Für die Erhebung verwertbarer Befunde ist eine Standardisierung und Qualitätssicherung der Ejakulatanalysen sowie die korrekte Beschreibung der Ergebnisse unerlässlich. Grundlage hierfür sind die im WHO-Laborhandbuch zur Untersuchung des menschlichen Ejakulates (World Health Organization, WHO 2010, 2021) ausführlich dargestellten Empfehlungen sowie die Richtlinien der Bundesärztekammer zur Qualitätssicherung laboratoriumsmedizinischer Untersuchungen (RiLiBÄK, Bundesärztekammer 2019) mit ihrem speziellen Teil B4. Letztere schreiben für die 3 wesentlichen Variablen des Basis-Spermiogramms Spermienkonzentration, -motilität und -morphologie neben der kontinuierlichen internen Qualitätskontrolle 2-mal jährlich die Teilnahme an Ringversuchen vor (z. B. Qualitätskontrolle der Deutschen Gesellschaft für Andrologie, QuaDeGA; http://www.dgandrologie.de; Mallidis et al. 2012; Nieschlag et al. 2017).

Unter Berücksichtigung der Kinetik der Spermatogenese und möglicher Störungen der Hodenfunktion hat sich ein Intervall von 4–12 Wochen bewährt. Zur Vergleichbarkeit der Ergebnisse sollte der Patient eine Karenzzeit von mindestens 2 bis maximal 7 Tagen einhalten. Für die Probengewinnung werden in der Praxis zumeist Einweggefäße verwendet, die auf mögliche toxische Effekte auf Spermien zu prüfen sind. Die Ejakulatgewinnung durch Masturbation sollte diskret in geeigneten Räumlichkeiten am Untersuchungsort erfolgen können, bei häuslicher Gewinnung ist das Ejakulat innerhalb einer Stunde in einem geeigneten Transportgefäß körperwarm zu überbringen. Ist die Ejakulatgewinnung durch Masturbation nicht möglich, stehen Spermizid-freie Spezialkondome zur Verfügung. Bereits die Gewinnungsbedingungen können einen erheblichen Einfluss auf die Qualität des Spermas haben (WHO 2021).

Die für die Differenzialdiagnostik männlicher Fertilitätsstörungen, insbesondere bei hochgradig eingeschränkter Spermaqualität oder Verdacht auf einen Hypogonadismus erforderliche endokrinologische Basisdiagnostik sollte die Bestimmung von FSH, LH und Testosteron im Serum umfassen (Abb. 3) (Colpi et al. 2018; Köhn et al. 2020). Die FSH-Serumkonzentrationen zeigen einerseits in weiten Grenzen eine positive Korrelation mit dem Schädigungsgrad der Spermatogenese, andererseits eine negative Korrelation mit Hodenvolumen und Spermiengesamtzahl im Ejakulat (von Eckardstein et al. 1999). Umgekehrte Verhältnisse gelten für Inhibin B als Sekretionsprodukt der Sertoli-Zellen, das als zusätzlicher Indikator für den Zustand der Spermatogenese herangezogen werden kann. Bei Androgenmangel-Symptomen bzw. Zeichen eines Hypogonadismus sind ein erweiterter Hormonstatus mit Prolaktin, Östradiol und Sexualhormon-bindendem Globulin (SHBG; für die Berechnung des freien Testosterons aus Gesamttestosteron und SHBG) sowie ggf. hormonelle Stimulationstests erforderlich (siehe Kap. „Endokrine Krankheitsbilder“).

Als invasive Untersuchungsmethode liefert die Hodenbiopsie detaillierte Informationen über den Zustand des Hodengewebes, die bis heute nicht durch andere Elemente der andrologischen Diagnostik einschließlich moderner bildgebender Verfahren zu erhalten sind (Köhn et al. 2005; McLachlan et al. 2007; Fietz und Kliesch 2022). Das Spektrum der Indikationen hat sich allerdings mit Einführung der assistierten Fertilisation mittels ICSI erheblich gewandelt.

Hodenbiopsien erfolgen heute vor allem bei Azoospermie mit dem Ziel einer testikulären Spermienextraktion (TESE). Zur Erfassung heterogener, oft seitendifferenter Befunde sollten grundsätzlich beide Hoden biopsiert und jeweils Gewebsproben an verschiedenen Stellen entnommen werden (Weidner et al. 2014; Tournaye et al. 2017; Corona et al. 2019). Sowohl im Hinblick auf die Histopathologie als auch auf die Ergebnisse der Spermienisolierung sind offene Biopsien der perkutanen Aspiration durch blinde Punktion des Hodens überlegen.

Hodenbiopsien können in Lokal-, Regional- oder Allgemeinanästhesie über eine begrenzte Inzision von Skrotalhaut und äußeren Hodenhüllen („Knopflochbiopsie“) oder als explorativer Eingriff mit vollständiger Freilegung von Hoden und Nebenhoden durchgeführt werden. Insbesondere bei schweren Testesschäden hat sich eine mikroskopisch gestützte Dissektion bewährt, bei der unter dem Operationsmikroskop Areale mit erweiterten Tubuli aufgesucht und gezielt entnommen werden (sog. Mikro-TESE; Kap. „Nichtobstruktive Azoospermie“) (Marconi et al. 2012; Dabaja und Schlegel 2013; Corona et al. 2019). Für die histologische Beurteilung benötigt man etwa reiskorngroße Gewebsproben (3–4 mm, mind. 30–40 Tubulusanschnitte). Unter Vermeidung von Quetschartefakten muss die Biopsie unmittelbar nach der Entnahme in ein geeignetes Fixiermedium gebracht werden (z. B. Bouin’sche Lösung, nicht übliche Formalinfixierung!) Die gute Strukturerhaltung in Paraffin eingebetteter Proben erlaubt eine präzise Identifizierung aller zellulären Komponenten im Hoden und ermöglicht weiterführende Analysen (siehe unten).

Die histologische Beurteilung von Hodenbiopsien infertiler Männer konzentriert sich auf das tubuläre Kompartiment und die Spermatogenese, auch unter Einsatz semiquantitativer Scores (McLachlan et al. 2007; Fietz und Bergmann 2017; Fietz und Kliesch 2022) (Tab. 4). Jeder Keimtubulus wird nach dem Auftreten von Spermatogonien, Spermatozyten, runden und elongierten Spermatiden sowie Sertoli-Zellen einzeln beurteilt (Abb. 4). Hierbei ist es auch notwendig, auf atypische Keimzellen im Sinne einer Keimzellneoplasie-in-situ (GCNIS) zu achten (Abb. 5). Neben dem Zustand des Keimepithels werden Entfaltung der Tubuli seminiferi, morphologische Veränderungen der Lamina propria und Charakteristika des Interstitiums beschrieben:

Die deskriptive Evaluation der Hodenhistopathologie, gegebenenfalls erweitert durch die Analyse von Gen- und Proteinexpressionsmustern (PCR, In-situ-Hybridisierung, Immunhistochemie), umfasst morphologische zelluläre und azelluläre Veränderungen, die Hinweise auf die Ursache von Spermatogenesedefekten geben können (Tab. 4). Mehrkernige Spermatiden weisen auf Defekte der Spermatidendifferenzierung (Spermiogenese) hin, Megalospermatozyten dagegen auf Störungen der Meiose. Runde Spermatiden in Tubuli mit einer Hypospermatogenese zeigen häufig eine nicht korrekte Expression von Protaminen. Diese Daten sind für die Prognose des Erfolges einer ICSI-Behandlung mit testikulären Spermatozoen von Bedeutung (Steger et al. 2011). Immature Sertoli-Zellen sind durch runde oder ovoide Zellkerne, eine persistierende Expression von Anti-Müller-Hormon, geringe Proliferationsaktivität und schwache oder fehlende Androgenrezeptor-Expression charakterisiert. Intratubuläre konzentrische Mikrolithen, Tubulusschatten, eine Verdickung der Lamina propria, sowie eine interstitielle Fibrose stellen das histopathologische Korrelat der sonografisch diagnostizierten Mikrolithiasis dar (Abb. 5). Leydig-Zellen können eine diffuse oder fokale Hyperplasie zeigen. Eine fokale Akkumulation von Immunzellen im Interstitium als Ausdruck einer (asymptomatischen) testikulären Entzündungsreaktion findet sich bei 20–30 % der Patienten mit nichtobstruktiver Azoospermie. Die peritubulär bzw. peritubulär-perivaskulär lokalisierten Infiltrate beinhalten überwiegend T-Lymphozyten, begleitend findet sich eine Zunahme nicht residenter Makrophagen und Mastzellen (Schuppe und Bergmann 2013; Fijak et al. 2018).

Von erheblicher klinischer Bedeutung ist die Erkennung atypischer Keimzellen, die zur Diagnose einer Keimzellneoplasie-in-situ (GCNIS) führen (Abb. 5). Neben der charakteristischen Zellmorphologie erfolgt die Diagnose der GCNIS durch den immunhistochemischen Nachweis der plazentaren alkalischen Phosphatase (PlAP) oder auch anderer Marker wie z. B. LIN28, OCT4, NANOG, AP-2γ oder c-kit (McLachlan et al. 2007; Rajpert-De Meyts et al. 2015; Kliesch et al. 2021). Eine GCNIS ist häufig sowohl mit diffusen oder fokalen interstitiellen und intratubulären lymphozytären Infiltraten als auch intratubulären sphärischen Konkrementen assoziiert (Abb. 5; Sonografie, Mikrolithiasis!) (Klein et al. 2016). Patienten mit einer GCNIS können eine fokal erhaltene Spermatogenese aufweisen. Eine GCNIS führt mit hoher Wahrscheinlichkeit zu einem manifesten Keimzelltumor (Rørth et al. 2000; Kliesch et al. 2021).

Die Prävalenz von Chromosomenanomalien ist bei infertilen Männern im Vergleich zur Allgemeinbevölkerung um den Faktor 10–15 erhöht (Toth et al. 2019; Kap. „Genetische Aspekte von Fertilitätsstörungen und sexueller Dysfunktion“). Bei einer Spermienkonzentration von 5 × 10⁶/ml oder weniger bzw. einer Azoospermie sollte eine humangenetische Diagnostik und Beratung erfolgen (Krausz und Riera-Escamilla 2018). Sie beinhaltet, wie allgemein vor ART empfohlen, eine Chromosomenanalyse (Karyotypisierung) zur Erfassung numerischer oder struktureller Aberrationen, ggf. auch mittels Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH) bzw. Microarray-basierter komparativer genomischer Hybridisierung (Array-CGH). Durch eine spezifische molekulargenetische Diagnostik können Mikrodeletionen des Y-Chromosoms (Azoospermiefaktor, AZF) sicher identifiziert werden (Krausz et al. 2014). Bei obstruktiver Azoospermie und Verdacht auf eine Fehlanlage der Samenleiter und/oder der Bläschendrüsen (Congenitale bilaterate Aplasie des Vas deferens, CBAVD) wird eine molekulargenetische Diagnostik des Cystische-Fibrose-Transmembran-Regulator (CFTR)-Gens notwendig. Mit einem molekulargenetischen Screening lassen sich in 85 % der CBAVD-Fälle Mutationen des CFTR-Gens nachweisen, am häufigsten F508del, ein 5T-Allel oder R117H (Yu et al. 2012). Diese Mutationen sind allerdings nur in homozygoter oder compound-heterozygoter Form pathogenetisch wirksam, eine heterozygote Anlageträgerschaft für CFTR-Mutationen führt dagegen nach den verfügbaren Studiendaten nicht zu einer herabgesetzten Fertilität. In aktuellen Leitlinien wird deshalb bei obstruktiver Azoospermie eine komplette Sequenzierung des CFTR-Gens empfohlen, um pathogene Mutationen vollständig zu erfassen (Patel et al. 2018).

Zur Identifizierung bisher nicht bekannter genetischer Ursachen männlicher Fertilitätsstörungen werden Verfahren des sog. Next Generation Sequencing (NGS) wie Exomsequenzierung und Gesamtgenom-Sequenzierung eingesetzt (Tüttelmann et al. 2018; Toth et al. 2019). So konnten bei Patienten mit meiotischem Arrest der Spermatogenese (siehe Abschn. 6; Abb. 4 c) X-chromosomal gebundene Mutationen im TEX11 (testis-expressed 11)-Gen und weiteren Kandidatengenen (DMRT1, M1AP, NR5A1 u. a.) nachgewiesen werden (Houston et al. 2021). Die Anwendung Exom-basierter Gen-Panels wird insbesondere die Differenzialdiagnose der nicht-obstruktiven Azoospermie verbessern und prognostische Aussagen zu den Erfolgsaussichten einer TESE erlauben (Kap. „Nichtobstruktive Azoospermie“) (Wyrwoll et al. 2022).

Mithilfe molekulargenetischer Analysen lassen sich auch in zunehmendem Maße die Ursachen systematischer struktureller Spermien-Defekte aufklären (Coutton et al. 2015; Houston et al. 2021). Beispielsweise sind homozygote Mutationen der an der Meiose beteiligten Aurora-Kinase C (AURKC) für eine Makrozoospermie mit zu großen, amorphen Kopfsegmenten und multiplen Flagella der Spermien (large headed multi-flagellar spermatozoa) verantwortlich. Defekte in SPATA16 (spermatogenesis associated 16-Gen) oder DPY19L2 (dpy-19-like 2-Gen) führen zu einer Globozoospermie, bei der aufgrund einer fehlenden Ausbildung des Akrosoms der Spermien eine Fertilisierung der Eizelle unter natürlichen Bedingungen unmöglich ist. In der heterogenen Gruppe der Mittelstück- und Flagellumdefekte konnten ebenfalls Mutationen in Genen strukturell und funktionell relevanter Proteine identifiziert werden.