Biologie der Spermienbildung und mögliche Angriffspunkte

Spermien entstehen in den Hodenkanälchen im Keimepithel. Aus Stammzellen (Spermatogonien) entwickeln sich über Spermatozyten und Spermatiden die reifen Spermien; die Reifung setzt sich im Nebenhoden fort, wo die Zellen auch gespeichert werden. Die Spermatogenese dauert rund 90 Tage; eine Studie zur Expositionserfassung poolte den Urin deshalb in vier Zeitfenstern, um diesen Zeitraum abzudecken [s71]. Für die Fragestellung dieser Studie folgt daraus, dass eine Exposition und ihre mögliche Wirkung auf das Ejakulat zeitlich weit auseinanderliegen können und dass eine einzelne Urin- oder Samenprobe nur einen kleinen Ausschnitt dieses Zeitraums abbildet.

Mehrere Zelltypen und Strukturen werden in den Studien dieser Literatur als mögliche Angriffspunkte genannt:

Sertoli-Zellen stützen und ernähren die Keimzellen und bilden die Blut-Hoden-Schranke. In Mäusen wurden Benzophenone, Triclosan und quartäre Ammoniumverbindungen mit Veränderungen an dieser Schranke oder am Sertoli-Zell-Stoffwechsel in Verbindung gebracht [s21, s73, s26, s04].
Leydig-Zellen bilden im Zwischengewebe Testosteron. Veränderungen von Testosteron oder der Steroidsynthese wurden im Tierversuch für Triclosan, Benzophenone, Galaxolid und Butylparaben beschrieben [s27, s53, s60, s130].
Die Hormonachse aus Hypothalamus, Hypophyse und Hoden regelt die Spermatogenese über Luteinisierendes Hormon (LH), follikelstimulierendes Hormon (FSH), Testosteron und Inhibin B. Mehrere Humanstudien bewerten Hormone zusätzlich zu den Spermaparametern, etwa das Verhältnis von Inhibin B zu FSH [s100, s67, s125].
Das einzelne Spermium besteht aus Kopf mit Akrosom (Kappe mit Enzymen für die Befruchtung), Mittelstück mit den Mitochondrien und dem Flagellum, dem Bewegungsorgan. In vitro wurden vor allem Beweglichkeit, Energiestoffwechsel, Membranpotenzial, Kalziumsignale, Kapazitation (Reifungsschritt vor der Befruchtung) und Akrosomreaktion an isolierten Spermien untersucht [s20, s42, s131, s48, s45].
Oxidativer Stress und DNA-Schäden gelten in den Arbeiten als häufiger gemeinsamer Mechanismus; die Autoren der Triclosan-Metaanalyse verweisen auf oxidativen Stress als tierexperimentell und in vitro nahegelegten Mechanismus [s38]. Im Humandatensatz selbst wurde er in den gesichteten Studien nicht gemessen [s90, s94].
Epigenetische Veränderungen (etwa DNA-Methylierung in Nebenhodenspermien) und eine Weitergabe über Generationen wurden für Butylparaben und quartäre Ammoniumverbindungen im Tierversuch beschrieben [s135, s32].

Für die Interpretation ist wichtig: Diese Mechanismen sind überwiegend in Tier- und Zellmodellen belegt. Dass sie beim Menschen unter Alltagsexposition eine Rolle spielen, ist durch die vorliegenden Humanstudien nicht gezeigt.

Definitionen

Die Studien dieser Literatur verwenden folgende Begriffe, die hier einheitlich gebraucht werden:

Normozoospermie: Ejakulatparameter innerhalb der Referenzbereiche der WHO. Pathozoospermie ist der Sammelbegriff für abweichende Befunde; genauer unterscheidet man Oligozoospermie (zu geringe Spermienzahl oder -konzentration), Asthenozoospermie (zu geringe Beweglichkeit) und Teratozoospermie (zu geringer Anteil normal geformter Spermien), auch in Kombinationen wie Oligoasthenoteratozoospermie [s101]. Idiopathisch heißt eine Infertilität ohne erkennbare Ursache [s132].
Spermienqualität ist kein Einzelwert, sondern der Sammelbegriff für die Messgrößen der Samenanalyse. In den Studien steht sie stellvertretend (Surrogat) für männliche Fruchtbarkeit; die Parameter sagen die Schwangerschaft aber nur begrenzt voraus. Entsprechend bewerten die Autoren einer neueren Übersicht die konventionelle Samenanalyse als zentral, jedoch als schlechten Prädiktor für die Schwangerschaft (Übersichtsarbeit „Still counting sperm?", 2025, PMID 41075128).
Fekundabilität ist die Wahrscheinlichkeit, in einem Zyklus schwanger zu werden; die Zeit bis zur Schwangerschaft (time to pregnancy, TTP) ist die zugehörige Messgröße [s74, s95]. Infertilität bezeichnet in den Studien ausbleibende Schwangerschaft trotz Kinderwunsch über einen definierten Zeitraum. Beide Endpunkte stehen der Alltagsfrage näher als Spermaparameter, setzen aber die Beteiligung beider Partner voraus.
Exposition meint hier die Aufnahme eines Stoffes. Sie wird in den Studien nicht direkt gemessen, sondern über Biomarker erfasst: die Stoffe oder ihre Abbauprodukte (Metaboliten) im Urin, im Blut oder im Samenplasma. Das Samenplasma ist die flüssige Komponente des Ejakulats ohne Zellen [s59, s81, s56].
Nicht-persistente Chemikalien (Triclosan, Parabene, Benzophenone, Phthalate, Bisphenole) werden rasch ausgeschieden, im Gegensatz zu persistenten Stoffen wie bestimmten Pestiziden. Wegen der kurzen Halbwertszeit bildet eine einzelne Probe die Langzeitexposition nur grob ab [s115, s95].
Endokrine Disruptoren (EDC) sind Stoffe, die das Hormonsystem beeinflussen können. Der Begriff beschreibt eine Eigenschaft in Test oder Modell, nicht eine nachgewiesene Wirkung beim Menschen unter Alltagsbedingungen [s66, s144].
Mischungsmodelle (gewichtete Quantilsumme, WQS; Bayes-Kernel-Maschinenregression, BKMR; quantilbasierte g-Berechnung, QGC) schätzen die gemeinsame Wirkung vieler gleichzeitig gemessener Stoffe und die Beiträge der Einzelstoffe. Sie kommen in den neueren Humanstudien häufig vor [s43, s52, s64, s34, s22].

Messgrößen der Samenanalyse

Die Standardparameter nach dem Laborhandbuch der WHO sind:

Volumen des Ejakulats,
Spermienkonzentration (Millionen je Milliliter) und Gesamtzahl je Ejakulat,
Beweglichkeit (Motilität): Anteil der Spermien mit Eigenbewegung (Gesamtbeweglichkeit) und mit gerichteter Vorwärtsbewegung (progressive Beweglichkeit); die sechste Auflage von 2021 hat die Unterscheidung in vier Beweglichkeitskategorien wieder eingeführt (Übersichtsarbeit zur Basisuntersuchung nach der sechsten Auflage, 2022, PMID 34986984),
Vitalität: Anteil lebender Spermien (Eosin-Nigrosin-Färbung, etwa in einer Rattenstudie [s36]),
Morphologie: Anteil normal geformter Spermien; Defekte betreffen Kopf, Hals, Mittelstück oder Flagellum [s93],
DNA-Fragmentierung: Anteil von Spermien mit geschädigter Erbsubstanz, etwa im Test der Chromatin-Dispersion; in einer russischen Studie galt ein Anteil unter 15 Prozent als normal [s101]. Der Comet-Test misst DNA-Schäden über die Migration der DNA im elektrischen Feld [s12].

Computergestützte Analyse (CASA) liefert zusätzlich Bewegungsparameter wie Geradlinigkeit, Linearität („linearity") und Schlenkern („wobble"), die in einer Triclosan-Studie verwendet wurden [s72]. Hinzu kommen Funktionsmarker wie die hypoosmotische Schwellung und die Akrosomfläche [s124].

Alle diese Messungen unterliegen erheblicher Variabilität zwischen Proben, Laboren und Beobachtern. Eine australische Auswertung eines externen Qualitätsprogramms fand bei der Beurteilung der progressiven Beweglichkeit an Videoaufnahmen eine mittlere Differenz zwischen dem niedrigsten und dem höchsten von den Laboren berichteten Wert von 50,3 Prozentpunkten je Probe (Qualitätsstudie, 2023, PMID 37068979). Unterschiede von ein bis zwei Prozentpunkten, wie sie einzelne Studien zu Morphologie oder Beweglichkeit berichten [s97, s114], sind vor diesem Hintergrund mit Vorsicht zu lesen.

WHO-Referenzwerte 2021

Die Referenzwerte der WHO sind keine Normwerte im Sinne einer Grenze zwischen fruchtbar und unfruchtbar. Sie sind die unteren fünften Perzentile der Samenparameter von Männern aus Referenzpopulationen, in der Auflage 2010 von Männern, deren Partnerinnen innerhalb von zwölf Monaten schwanger wurden. Männer unterhalb dieser Werte sind nicht notwendigerweise unfruchtbar; Männer darüber nicht zwingend fruchtbar.

Fünfte Auflage (2010). Die Auswertung von mehr als 4.500 Männern in 14 Ländern auf vier Kontinenten ergab als untere Referenzgrenzen (fünftes Perzentil, in Klammern das 95-%-Konfidenzintervall): Volumen 1,5 ml (1,4 bis 1,7), Gesamtzahl 39 Millionen je Ejakulat (33 bis 46), Konzentration 15 Millionen je ml (12 bis 16), Vitalität 58 Prozent (55 bis 63), progressive Beweglichkeit 32 Prozent (31 bis 34), Gesamtbeweglichkeit 40 Prozent (38 bis 42) und normal geformte Spermien 4,0 Prozent (3,0 bis 4,0) (Cooper et al., Hum Reprod Update 2010, PMID 19934213). Viele Studien dieser Literatur verwenden diese Grenzwerte, etwa die Shanghaier Studie mit Spermienzahl unter 39 Millionen, Konzentration unter 15 Millionen je ml und progressiver Beweglichkeit unter 32 Prozent [s123] oder die Einschlusskriterien mit Konzentration ab 15 Millionen je ml [s107].

Sechste Auflage (2021). Die Auflage von 2021 stützt sich auf die Auswertung von mehr als 3.500 Männern aus zwölf Ländern auf fünf Kontinenten, die veröffentlichten Daten seit 2010 mit den Daten von 2010 verband. Die fünften Perzentile betragen für die Konzentration 16 Millionen je ml, für die progressive Beweglichkeit 30 Prozent, für die Gesamtbeweglichkeit 42 Prozent und für normal geformte Spermien 4 Prozent (Campbell et al., Andrology 2021, PMID 33528873). Die Autoren betonen, dass die Werte keine scharfen Grenzen zwischen fruchtbaren und subfertilen Männern darstellen und dass Daten aus vielen Ländern und Regionen fehlen. Werte für Ejakulatvolumen, Gesamtzahl und Vitalität nach der Auflage 2021 wurden im Rahmen dieser Studie nicht abgerufen und werden daher nicht angegeben.

Kritik und Einordnung. Eine kritische Übersicht der sechsten Auflage nennt als wichtigste Neuerung, dass die Auflage den Begriff der Referenzgrenzen aufgibt und stattdessen „Entscheidungsgrenzen" (decision limits) vorschlägt, ohne für die Basis- oder erweiterten Parameter solche Grenzen anzugeben (Boitrelle et al., Life 2021, PMID 34947899). Eine statistische Neubewertung der Referenzpopulation kam zu dem Schluss, dass die zusammengefassten Daten nicht als aus derselben Population stammend gelten können und die Übertragbarkeit zwischen den Einzelstudien nicht gegeben sei (Arbeit von 2022, PMID 35849333, Titel „The statistical foundation of the reference population for semen analysis included in the sixth edition of the WHO manual: a critical reappraisal of the evidence"). Für diese Gesamtstudie folgt daraus nicht, dass die Referenzwerte unbrauchbar sind, wohl aber, dass sie als Orientierung und nicht als scharfe Trennlinie zu lesen sind.

Für diese Studie heißt das praktisch: Die untersuchten Arbeiten stammen aus einem Zeitraum, in dem teils die Werte von 2010, teils frühere und teils die Werte von 2021 galten. Prozentuale oder mittlere Unterschiede in einzelnen Parametern lassen sich nicht ohne Weiteres in „krank" und „gesund" übersetzen. Leser sollten besonders auf die Frage achten, ob eine Studie Referenzgrenzen als Zielgröße (zum Beispiel „abnorme Beweglichkeit" bei Lv et al. [s62]) oder kontinuierliche Messwerte verwendet.

Expositionswege und Besonderheiten der sechs Stoffgruppen

Die sechs Stoffgruppen unterscheiden sich in Aufnahmeweg und Datenlage, was die Studienvergleichbarkeit begrenzt:

Triclosan ist ein antimikrobieller Wirkstoff, der nach Angabe der Autoren einer russischen Studienreihe in Zahnpasta, Seife, Deodorants, Kosmetik und Haushaltsreinigern vorkommt [s93, s101]; Triclocarban ist eine verwandte Substanz. Beide wurden mit Urin- oder Samenplasmamessungen untersucht, die Nachweisraten in den Studien lagen zwischen 74 und 97 Prozent [s72, s123, s97]. Quartäre Ammoniumverbindungen ersetzen nach Angabe einer Übersicht die in Verbrauchsprodukten verbotenen Stoffe Triclosan und Triclocarban; ihr Einsatz ist seit COVID-19 stark gestiegen [s40].
UV-Filter (Benzophenone, Avobenzon, Octocrylen, Homosalat, Octinoxat und weitere) schützen Haut und Produkte vor UV-Strahlung. Benzophenon-3 wird bei der Ratte nach Auftragen auf die Haut nur zu knapp 7 Prozent bioverfügbar (6,9 ± 1,8 Prozent), die terminale Halbwertszeit lag nach Hautauftrag bei 18,3 ± 5,8 Stunden gegenüber 3,1 ± 1,6 Stunden nach intravenöser Gabe [s68]. Häufige Sonnenschutznutzer hatten in einer Studie mit Passivsammlern eine bis zu 3,1-fach höhere UV-Filter-Exposition [s16]. Bei Trägern einer Filaggrin-Genvariante mit gestörter Hautbarriere fanden sich andere Zusammenhänge als bei Nichtträgern [s106].
Tätowierfarben werden in die Haut eingebracht und stellen eine chronische intradermale Exposition dar [s07]. Toxikologische Übersichten nennen polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, Schwermetalle und primäre aromatische Amine als Inhaltsstoffe, ohne Spermienendpunkte zu bewerten [s70, s44, s07].
Haarfärbemittel enthalten als Rohstoff häufig para-Phenylendiamin (PPD); eine Studie nennt, dass mehr als 66 Prozent der Haarfärbemittel PPD enthalten, und führt aus, dass der Zusatz in Industrieländern auf 2 Prozent begrenzt sei [s42]. Die Exposition erfolgt für Anwenderinnen und Anwender über die Haut; zusätzlich wird die Berufsexposition von Friseurinnen untersucht [s13, s126].
Reinigungs- und Desinfektionsmittel sind eine heterogene Gruppe; im Mittelpunkt der gefundenen Literatur stehen quartäre Ammoniumverbindungen (ADBAC und DDAC) [s122, s128, s32, s26, s40].
Duftstoffe sind keine einheitliche Stoffgruppe. Die Literatur betrachtet Moschusduftstoffe wie Galaxolid [s60, s61], Cashmeran [s54], Cyclamenaldehyd [s80] und Benzylbenzoat [s69].

Geschichte der Forschungsfrage

Die Frage nach Umwelteinflüssen auf die Spermienqualität ist älter als die Frage nach einzelnen Kosmetikstoffen. Ein Meilenstein war die Übersicht von Carlsen und Kollegen (BMJ 1992, PMID 1393072): Aus 61 Arbeiten mit 14.947 Männern ohne Infertilitätsvorgeschichte errechneten sie einen Rückgang der mittleren Spermiendichte von 113 Millionen je ml im Jahr 1940 auf 66 Millionen je ml im Jahr 1990, außerdem einen Rückgang des Samenvolumens von 3,40 auf 2,75 ml. Die Autoren deuteten das als Hinweis auf eine allgemeine Verschlechterung der Samenqualität und verwiesen auf zunehmende Fehlbildungen des Urogenitaltrakts und Hodenkrebs. Die Arbeit zog zahlreiche Kommentare nach sich, und Rückgänge der Spermienzahl gelten, wie eine spätere Übersicht schreibt, bis heute als kontrovers. Eine neuere Metaregression (Levine et al., Hum Reprod Update 2017, PMID 28981654) mit 244 Schätzungen aus 185 Studien und 42.935 Männern (Proben von 1973 bis 2011) fand einen signifikanten Rückgang der Spermienkonzentration (unadjustierte Steigung −0,70 Millionen je ml und Jahr, 95-%-KI −0,72 bis −0,69; adjustiert −0,64, −1,06 bis −0,22). Bei nicht nach Fruchtbarkeit ausgewählten Männern aus westlichen Ländern lag der Rückgang der mittleren Konzentration bei 52,4 Prozent und der Gesamtzahl bei 59,3 Prozent; auch bei fruchtbaren Männern aus westlichen Ländern war der Trend signifikant, in der Gruppe der übrigen Regionen (Südamerika, Asien, Afrika) dagegen nicht. Ob und wie stark der Rückgang real ist, bleibt wegen methodischer Unterschiede zwischen den Studien umstritten; diese Studie beteiligt sich nicht an dieser Debatte, sondern nennt sie als Hintergrund der Fragestellung.

In der Folge richtete sich die Aufmerksamkeit auf endokrine Disruptoren, also Stoffe mit Wirkung auf das Hormonsystem, und auf die fetale Entwicklung als empfindliches Zeitfenster. Französischsprachige Übersichten aus den Jahren 2006, 2011 und 2012 stellten die These dar, dass Umweltchemikalien die männliche Fruchtbarkeit beeinflussen könnten; sie enthalten keine eigenen Daten zu den sechs Stoffgruppen, nennen aber Kosmetika und Haushaltsprodukte als Quellen und verweisen auf Mechanismen wie epigenetische Weitergabe und programmierten Zelltod der Hodenzellen [s144, s139, s134]. Eine Abschlussarbeit von 2011 hält nach eigener Aussage fest, dass keine Studie Wirkungen beim Menschen in Umweltdosen belege, und verweist auf das Vorsorgeprinzip [s139]. Eine Metaanalyse von Bonde und Kollegen fand für die pränatale und postnatale Exposition gegenüber endokrinen Disruptoren über alle Stoffe und Endpunkte ein Gesamt-Odds-Ratio von 1,11 (95-%-KI 0,91 bis 1,35) und bemerkte eine Datenlücke für Spermaqualität und rasch metabolisierte Stoffe [s121]. Neuere Kohorten mit pränatal gemessener Exposition fanden keine oder kompensierte Effekte [s09, s67].

Die Stoffgruppen dieser Studie kamen zu unterschiedlichen Zeiten in den Blick. Zu Parabenen liegen seit 2001 japanische Fütterungsversuche an Ratten vor [s150, s149, s147]. Triclosan war 2013 Teil der großen Fall-Kontroll-Studie zu Phenolen [s132]; eigene Spermastudien zu Triclosan beim Menschen erschienen ab 2016 [s123, s107], eine Metaanalyse folgte 2024 [s38]. Die erste größere Studie zu Benzophenonen im Urin 2015 [s124]. Quartäre Ammoniumverbindungen rückten im Mausversuch ab 2014 in den Blick, nachdem eine Zuchtkolonie nach Einführung eines Desinfektionsmittels schlechter reproduzierte [s128]. Haarfärbemittel-Bestandteile wurden in japanischen Tagungsbeiträgen 2011 und 2012 und in einer Studie an menschlichen Spermien 2024 untersucht [s141, s137, s42]. Die einzige epidemiologische Studie zu Tätowierungen und Spermien erschien 2025 [s18], und die toxikologische Debatte zu Tätowierfarben wird aktuell mit Regulierungsfragen verbunden [s07]. Fragebogenbasierte Studien zur Gesamtnutzung von Körperpflegeprodukten kamen 2020 [s89].

In den Leitlinien spiegelt sich diese Lage wider. Die AUA/ASRM-Leitlinie formuliert in Statement 8 sinngemäß, dass Ärztinnen und Ärzte Risikofaktoren (Lebensstil, Medikamente, Umwelt- und Berufsexposition) besprechen können und darauf hinweisen sollen, dass die Daten zu den meisten Risikofaktoren begrenzt sind (bedingte Empfehlung, Evidenzgrad C); für Benzophenone, Bisphenol A, chlorierte antimikrobielle Stoffe und Parabene bezeichnet sie die Evidenz als nicht schlüssig [s39]. Die EAU-Leitlinie nennt die endokrine Disruption durch Umweltverschmutzung als eine von mehreren möglichen, bisher unerkannten Ursachen der idiopathischen männlichen Infertilität, verwendet die Begriffe der sechs Stoffgruppen im abgerufenen Kapitel aber nicht [s19]. Die WHO-Leitlinie zur Infertilität von 2025 betont Prävention und standardisierte Samenanalyse, ebenfalls ohne Nennung der sechs Gruppen in den abgerufenen Abstracts [s01, s06]. Ein Umbrella-Review zu Risikofaktoren der männlichen Infertilität von 2026 stuft von 249 Effektgrößen aus 43 Studien 54,6 Prozent als sehr niedrig und 23,7 Prozent als niedrig nach GRADE ein [s15].

Aus dieser Vorgeschichte ergibt sich der Auftrag der folgenden Kapitel: nicht eine Wirkung zu behaupten oder auszuschließen, sondern darzustellen, welche Befunde für jede der sechs Stoffgruppen vorliegen, wie belastbar sie sind und wo die Literatur schweigt.

Kapitel 02: Studienlage beim Menschen

Dieses Kapitel stellt die Arbeiten vor, die sich auf Menschen beziehen oder die Literatur zum Menschen zusammenfassen: Metaanalysen, systematische und narrative Übersichten, Leitlinien sowie Beobachtungsstudien (Querschnitts-, Fall-Kontroll- und Kohortenstudien, Produkt- und Expositionsmessungen). Tierversuche und Versuche an Zellen oder Spermien im Labor werden in einem anderen Kapitel behandelt und hier nur erwähnt, wenn eine Übersicht sie zusammenfasst oder wenn sie zur Einordnung eines Humanbefunds nötig sind. Die sechs Expositionsgruppen sind Haarfärbemittel, Tätowierungen, UV-Filter, Triclosan, Reinigungsmittel und Duftstoffe. Hinzu kommen Parabene und Phthalate, weil sie in denselben Studien mitgemessen wurden und weil sie als Konservierungsmittel und Duftstoffträger in Körperpflegeprodukten vorkommen; sie sind keine eigene Fragestellung dieser Studie.

Zwei Vorbemerkungen erleichtern das Lesen. Erstens sind die Evidenzdichten sehr ungleich verteilt: Für Triclosan liegen mehrere Humanstudien und eine Metaanalyse vor, für UV-Filter einige Einzelstudien, für Tätowierungen genau eine Studie, für Haarfärbemittel, Reinigungsmittel und einzelne Duftstoffe keine Humanstudie mit Spermienendpunkt. Das ist kein Befund über die Unschädlichkeit, sondern eine Aussage über den Stand der Forschung. Zweitens beruhen die meisten Zahlen auf Abstracts; Details, die nur im Volltext stehen, sind, wo sie vorliegen, ausdrücklich als solche gekennzeichnet. „Assoziation“ bezeichnet durchgehend einen statistischen Zusammenhang und keine nachgewiesene Verursachung. Dieses Kapitel enthält keine Handlungs- oder Therapieempfehlung. Zitiert wird mit den Kennungen der Quellenliste in eckigen Klammern.