На состояние эякулята

(экспериментальное исследование на примере совола)

14.00.50 – медицина труда

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата медицинских наук

Москва – 2009

Работа выполнена в Учреждении Российской академии медицинских наук Научно-исследовательском институте медицины труда РАМН

Научный руководитель: доктор медицинских наук, профессор

Ольга Витальевна Сивочалова

Научный консультант: доктор медицинских наук, профессор

Шамиль Нариманович Галимов

Официальные оппоненты: доктор медицинских наук,

чл.- корр. РАМН, профессор

Игорь Владимирович Саноцкий

кандидат медицинских наук,

Анна Петровна Шпакова

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Казанский государственный медицинский университет Росздрава»

Защита диссертации состоится «____» ___________2009 года в _____часов на заседании диссертационного совета Д.001.012.01 в Учреждении Российской академии медицинских наук научно-исследовательском институте медицины труда РАМН по адресу: 105275, г. Москва, проспект буденного, 31.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИ медицины труда РАМН по адресу: 105275, г. Москва, проспект буденного, 31

Автореферат разослан «____» _______________ 2009 года

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор биологических наук Н.Б. Рубцова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из самых заметных демографических тенденций конца ХХ – начала ХХI века стало ухудшение репродуктивного здоровья населения. По данным, представленным на конференции ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро, в период с 1960 по 1990 гг. величина коэффициента фертильности снизилась в 1,5 раза (Программа действий, 1993). Согласно статистике ВОЗ, от 8 до 15% семей имеют проблемы с естественным наступлением беременности, в развитых странах более 40 млн. супружеских пар лечатся от бесплодия и более 2 млн. молодых пар поступают на лечение ежегодно (Руководство ВОЗ, 2001).

Интерес к проблеме репродуктивного здоровья мужчин, в частности, вклада мужской компоненты в бесплодный брак, был вызван ростом этой патологии в экономически развитых странах (Lunenfeld B., Van Steirteghem A., 2004). В научной литературе опубликованы многочисленные сообщения о снижении количества и качества спермы у мужчин (Галимов Ш.Н., 2005; Carlsen Е. et al., 1992; Multigner L., Oliva A., 2002; Iwamoto T. et al. 2006; Lopez Teijon M. et al., 2007 и др.). При этом указывалось, что рост частоты аномалий мужской половой системы (гипоспадии, крипторхизма), а также рака яичек и нарушений сперматогенеза ассоциирован с загрязнением производственной и окружающей среды, в частности, полихлорированными бифенилами (Ревич Б.А. и др., 2004; Den Hond E. et al., 2002; Sharpe R., Skakkebaek N., 2008).

Установлено, что действие различных химических соединений на репродуктивную систему может проявляться феминизацией самцов и маскулинизацией самок, недоразвитием или отсутствием вторичных половых признаков, явлениями гермафродитизма, пороками развития половых органов, нарушениями овогенеза, сперматогенеза и бесплодием, прекращением развития и гибелью эмбрионов, сдвигом соотношения полов у потомства в сторону самок, девиациями полового поведения и т.д. (Саноцкий И.В., Фоменко В.Н., 1978; Никитин А.И., 2002; Loder N., 2000; Brucker-Davis F. et al., 2008; и др.).

В настоящее время в энергосистемах России продолжается эксплуатация около 100 тыс. трансформаторов и конденсаторов, содержащих до 30 тыс. т. полихлорбифениловых масел. Полихлорированные бифенилы (ПХБ) признаны высоко токсичными продуктами антропогенной деятельности, при деградации которых образуются диоксины (DL₅₀=0,6-200 мкг/кг, класс опасности I по ГОСТ 12.01.007-76).

Длительное воздействие диоксиноподобных соединений даже в небольших концентрациях сопровождается ростом числа онкологических заболеваний, внутриутробной гибелью плода, рождением детей с физическими и психическими аномалиями, снижением и потерей иммунитета (Калетина Н.И., 2008; Schecter A., Gasiewicz T., 2003). Среди показателей токсического действия ПХБ важным является их влияние на регуляторные системы организма, включая репродуктивное здоровье и развитие потомства.

В последнее десятилетие выявлены нарушения репродуктивной функции мужчин, связанные с воздействием ПХБ. Так, у мужчин, проживающих в промышленной зоне Башкирии, обнаружена высокая распространенность репродуктивной патологии: более чем у половины обследованных диагностированы бесплодие и импотенция, простатит и варикоцеле, аномалии развития и гипогонадизм на фоне высокого содержания диоксиноподобных соединений в сперме (Галимов Ш.Н. и др., 2002, 2005). В другом исследовании также были подтверждены обратные отношения между качеством спермы здоровых европейских мужчин и количеством ПХБ и их метаболитов в крови (Dallinga J. et al., 2002). Однако механизмы повреждающего действия ПХБ на репродуктивную систему изучены недостаточно.

Сведения литературы о нарушении репродуктивной функции в экспериментальных исследованиях при воздействии ПХБ сколь многочисленны, столь неоднозначны и противоречивы (Rignell-Hydbom et al., 2004; Magnusdottir Е. et al., 2005; Hsu P. et al., 2007; Murugesan P. et al., 2007).

Так, в ряде экспериментальных исследований показано, что ежедневное хроническое поступление per os арохлора 1254 (зарубежный аналог совола) в концентрациях от 0,05 до 50 мг/кг приводило к развитию нарушений функций надпочечников, печени и иммунной системы (Kimbrough R. et al., 1972; Kling D. et al., 1978; Byrne J. et al., 1988). Арохлор в дозах от 0,1 до 66 мг/кг при ежедневном введении вызывал нарушения репродуктивной системы как у самцов, так и у самок на фоне общетоксического действия (Brezner E. et al., 1984).

Хроническое воздействие на репродуктивную систему самцов крыс в дозах от 37 мг/кг до 200 мг/кг проявлялось значительным снижением веса семенников, снижением количества и подвижности сперматозоидов, увеличением содержания эстрадиола в сыворотке крови. По данным Aly H . et al. (2009), введение арохлора 1254 в дозах 1,5 и 3 мг/кг в течение 20 дней приводило к значительному уменьшению веса тела подопытных животных, семенников и относительного веса эпидидимиса, отмечалось снижение количества и подвижности сперматозоидов, а также ежедневной продукции спермы.

С другой стороны, по данным Gray L. et al. (1993), пероральное введение арохлора в дозе 25 мг/кг на протяжении 15 недель не вызывало никаких достоверных изменений со стороны репродуктивной системы самцов (не менялся вес семенников, количество сперматозоидов, уровни тестостерона в сыворотке крови и т.д.). При введении дозы 45мг/кг не выявлены гистологические изменения в семенниках, и лишь в дозе 100 мг/кг отмечалось развитие гранулем в семенниках.

Анализ доступной литературы показал, что далеко не все аспекты рассматриваемой проблемы нашли отражение в научных публикациях. Остается открытым вопрос об уровнях воздействия, вызывающих изменения спермы, о молекулярных и клеточных механизмах повреждающего действия ПХБ, что и послужило основанием для проведения данной работы.

Цель исследования: выявление механизмов спермотоксического действия полихлорированных бифенилов для разработки информативных критериев оценки патологии эякулята.

Задачи исследования.

1. Изучение функциональных и морфологических показателей сперматозоидов крыс при хроническом воздействии совола в разных концентрациях.

2. Оценка распределения совола в половых органах самцов крыс.

3. Изучение процессов свободнорадикального окисления и антиоксидантной защиты спермы в зависимости от дозы совола.

4. Определение основных метаболических характеристик спермы при хроническом поступлении совола.

5. Сопоставление морфофункциональных параметров сперматозоидов с данными биохимических исследований при интоксикации соволом.

Научная новизна и теоретическая значимость работы. Показано, что хроническое воздействие соволом в дозах 3,75 и 37,5 мг/кг вызывает изменения биохимических и гормональных показателей спермальной плазмы на фоне дефицита АТФ и перераспределения цитокинового профиля, которые происходят при морфофункциональных нарушениях эякулята.

Выявлено, что одним из основных механизмов развития патоспермии при хроническом поступлении совола является усиление образования активных форм кислорода, интенсификация процессов перекисного окисления липидов, а также угнетение активности ферментативного и неферментативного звеньев антиокислительной защиты.

Впервые установлено, что концентрация совола в органах репродуктивной системы самцов крыс зависит от содержания жировой ткани в органе и располагается по мере убывания в следующей последовательности: эпидидимис > семенники > сперма.

Практическая значимость работы. На основании результатов собственных исследований и данных литературы предложен дополнительный диагностический индикатор оценки патоспермии при действии ПХБ – «спермальный метаболом», т.е. профиль наиболее информативных метаболитов спермы.

Продемонстрировано, что информативными показателями при исследовании спермы при хроническом воздействии ПХБ являются подвижность и жизнеспособность сперматозоидов, содержание фруктозы, АТФ и циклических нуклеотидов в спермоплазме, уровень ТБК-реагирующих продуктов и общей антиокислительной активности, а также концентрации тестостерона, эстрадиола и противовоспалительных цитокинов.

Материалы исследования включены в методические рекомендации «Оценка профессионального риска для репродуктивного здоровья работников, мужчин и женщин» (М., 2009), утвержденные на Пленуме Научного Совета № 47 «Медико-экологические проблемы здоровья работающих» Минздравсоцразвития России и РАМН.

Полученные результаты используются при чтении лекций для студентов высших и средних медицинских учреждений, врачей медико-санитарных частей, для врачей-курсантов последипломной подготовки.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Хроническое воздействие совола (ПХБ) в течение 4 месяцев вызывает дозозависимые нарушения репродуктивной функции самцов крыс. Изменения функциональных показателей эякулята, клеточного состава спермы зависят от дозы и длительности воздействия совола и тесно сопряжены с динамикой биохимических и гормональных показателей семенной плазмы экспериментальных животных. Одним из механизмов развития патоспермии при хроническом воздействии совола является нарушение равновесия про- и антиоксидантных процессов.

2. Особенностью распределения совола в органах репродуктивной системы самцов является его избирательное накопление в эпидидимисе, что сопровождается нарушением функциональных и биохимических показателей эякулята.

3. Предложен диагностический индикатор - «спермальный метаболом» (профиль наиболее информативных метаболитов семенной плазмы и половых клеток) для оценки состояния спермы при действии ПХБ, а именно, содержание фруктозы, глюкозы, цитрата, креатинина, АТФ, активность ЛДГ и каталазы, уровень ТБК-реагирующих продуктов и общей антиокислительной активности, а также концентрации тестостерона, эстрадиола, интерлейкина 1β и ФНО.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на I Международном экологическом форуме «Окружающая среда и здоровье человека» (Санкт-Петербург, 2003), Международном конгрессе «Профилактика нарушений репродуктивного здоровья от профессиональных и экологических факторов риска» (Волгоград, 2004), II Всероссийской конференции по проблемам диоксинов (Уфа, 2004), Российском научном форуме «Мужское здоровье и долголетие» (Москва, 2003, 2006, 2008), научно-практических конференциях студентов и молодых ученых Республики Башкортостан (Уфа, 2004, 2007, 2008), IV съезде Биохимического Общества РАН (Новосибирск, 2008), проблемной комиссии «Научные основы охраны репродуктивного здоровья работников» Научного Совета РАМН «Медико-экологические проблемы здоровья работающих» (Самара, 2008), III Всероссийском съезде профпатологов (Новосибирск, 2008), VII Всероссийском конгрессе «Профессия и здоровье» (Москва, 2008), заседании Проблемной комиссии «Научные основы медицины труда» Научного совета РАМН и Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации «Медико-экологические проблемы здоровья работающих» (Москва, 2009).

Личный вклад автора. Автор сформулировал цель и задачи, определил объем и методы исследований, осуществил планирование и провел исследования, выполнил статистическую обработку материала, анализ и обобщение полученных данных, подготовил публикации. В составе авторского коллектива принимал участие в разработке методических документов. Доля участия автора в сборе и обработке материала составляет 85%, в обобщении результатов – до 90%.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 150 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, главы методов исследования, двух глав собственных исследований, обсуждения и выводов. Работа иллюстрирована 17 таблицами и 25 рисунками. Список литературы содержит 284 источника, из которых 68 отечественных и 216 иностранных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Объекты, объем и методы исследования.

Работа выполнена на кафедре биологической и биоорганической химии ГОУ ВПО «Башкирский государственный медицинский университет» и в лаборатории Проблем охраны репродуктивного здоровья работников Учреждения Российской Академии медицинских наук НИИ медицины труда РАМН.

Экспериментальные исследования включали проведение функциональных, морфологических, биохимических, гормональных исследований и математическую обработку данных.

Для решения поставленных задач было использовано 332 белых беспородных половозрелых крысы массой 220-270 г., которые содержались на стандартном пищевом рационе.

Статистические группы состояли из 9-12 особей. Эксперименты проводились с соблюдением биоэтических правил по использованию животных в биологических и медицинских исследованиях (Генин А.М. и др., 2001), а также методических рекомендаций № 1744-77 «Методы экспериментального исследования по установлению порогов действия промышленных ядов на генеративную функцию с целью гигиенического нормирования» (М., 1978).

Совол вводили в желудок per os в виде раствора в растительном масле ежедневно, 5 раз в неделю, в течение 4 мес. Выбор такого способа введения связан с тем, что более 90 % ПХБ в обычных условиях поступает в организм энтерально и перкутанным путем (через желудочно-кишечный тракт и при заглатывании секрета верхних дыхательных путей при ингаляции) (Майстренко В.Н, Клюев Н.А., 2004; Harrad S. et al., 2009).

Выбор доз, используемых в эксперименте, основан на данных литературы и нормативных величинах, установленных для различных сред. Анализ литературы показал, что существует большой разброс величин, характеризующих действующие и недействующие уровни. Опираясь на эти данные, при проведении эксперимента нами была выбрана доза 37,5 мг/кг, близкая к порогу вредного действия по интегральным показателям, и доза 3,75 мг/кг, которая, по данным Kassa H., Jackson W. (1981), Gray L. (1993), не приводит к изменениям в семенниках и в эпидидимисе.

Животные были разделены на три группы: в первую группу входили крысы, которым ежедневно вводили препарат из расчета 3,75 мг/кг массы, доза для животных второй группы составила 37,5 мг/кг массы, контрольной группе животных вводили растительное масло.

Для определения статистической значимости полученных результатов весь цифровой материал был подвергнут математической обработке методом вариационной статистики на персональном компьютере с использованием стандартных прикладных программ Microsoft Exсel.

Оценка достоверности результатов проводилась с применением t-критерия Стьюдента. За статистически значимые изменения был принят уровень Р<0,05. В соответствии с требованиями, предъявляемыми к статистическому анализу, были рассчитаны пороговые значения биохимических показателей на основе данных, полученных в контрольной группе, с учетом их средних значений и двух стандартных отклонений (М±2SD), что соответствует 95% доверительному интервалу.

Степень взаимосвязи между признаками оценивали методом корреляционного анализа, используя коэффициенты корреляции Пирсона и Кендалла.

Таблица 1

Материалы, методы и объем исследований

Методы исследований	Характер исследований	Материалы и объем исследований
Токсикологические исследования	Оценка действия вещества на репродуктивную функцию самцов в хроническом эксперименте (Саноцкий И.В. и др., 1986).	2 концентрации модельного вещества, 5 дней в неделю, в течение 4 мес., использовано 330 лабораторных животных
Определение cодержания ПХБ в тканях	Суммарное содержание и спектр конгенеров полихлорбифенилов в тканях половых органов крыс в хроническом опыте (Erickson M., 1997).	Средние пробы исследуемых образцов (жир, семенники, эпидидимис, сперма)
Морфологические исследования эякулята	Подсчет общего количества сперматозоидов, количества патологических форм, определение времени подвижности сперматозоидов, оценка дыхательной способности сперматозоидов, их жизнеспособности, подсчет живых и мертвых форм (Ухов Ю.И., Астраханцев А.Ф., 1983; Базарнова М.А. и др., 1986)	450 препаратов, цитофотометрирование 1550 клеток
Исследования гормонов в спермоплазме	Определение концентраций гормонов и медиаторов (тестостерона, эстрадиола, цАМФ), а также некоторых цитокинов (интерлейкина 1, интерлейкина 6, интерлейкина 4, фактора некроза опухоли α) методом иммуноферментного анализа (Козлов И.Г., 2007).	630 проб
Биохимические исследования спермоплазмы	Определение концентрации глюкозы, общего белка, фруктозы, цитрата, лактата, АТФ, ТБК-реагирующих продуктов Определение активности лактатдегидрогеназы, g-глутамилтрансферазы, аспартатаминотрансферазы, щелочной фосфатазы, a-амилазы, НАД-зависимой малатдегидрогеназы, глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы, супероксиддисмутазы, каталазы и глутатионпероксидазы (Прохорова М.И., 1982; Пинкус Ю.М., 2002; Twaroski T. et al., 2001).	1380 проб
Математико-статистический анализ	Прикладные пакеты программ Microsoft Exсel.

Результаты исследований и их обсуждение

Проведенные исследования выявили изменения показателей спермы крыс, которые зависели от дозы и длительности воздействия совола.

Хроническое поступление совола в дозе 37,5 мг/кг (II группа) приводило к изменению большинства изученных показателей: после 2-х месяцев воздействия отмечалось увеличение содержания патологических форм сперматозоидов, снижение их подвижности и жизнеспособности. Эти изменения усиливались к 4-му месяцу воздействия (рис. 1, 2, 3).

Рис. 1. Динамика показателей патологических форм сперматозоидов при хроническом воздействии ПХБ, %

Рис. 2. Подвижность сперматозоидов при хроническом воздействии ПХБ, мин

Рис. 3. Жизнеспособность сперматозоидов при воздействии ПХБ, мин

Воздействие в дозе 3,75 мг/кг (I группа) вызывало такие же изменения функциональных показателей сперматозоидов, как и при воздействии большей дозы, однако они развивались лишь к 4-му месяцу опыта. В частности, отмечалось увеличение содержания патологических форм сперматозоидов, снижение их подвижности и жизнеспособности и угнетение дыхательной активности (в I группе 68,47,2, в контроле – 34,74,1 мин, р<0,05).

Рис. 4. Дыхательная активность сперматозоидов при воздействии ПХБ, мин

Через 2 месяца после начала эксперимента в обеих группах отмечено снижение потребления кислорода в 1,6 раза, о чем свидетельствовало замедление дыхательной активности сперматозоидов. К концу 4 месяца воздействия этот показатель в группе животных, получавших большую дозу совола, примерно в два раза превышал показатель в контрольной группе животных: 72,8+ 8,0 мин, в контроле 34,7+4,1 мин, р<0,05 (рис.4).

Таким образом, на основании проведенных исследований установлено, что обе дозы совола (37,5 мг/кг и 3,75 мг/кг) вызывают нарушение функционального состояния сперматозоидов. Вместе с тем, при действии дозы 3,75 мг/кг эти нарушения были менее выражены. Нарушения функциональных характеристик сперматозоидов согласовывались с изменениями биохимических показателей спермальной плазмы крыс (табл. 2).

Корреляционный анализ показал, что максимальное количество связей было найдено между подвижностью сперматозоидов и биохимическими параметрами спермоплазмы, причем наиболее тесные взаимодействия обнаружены с показателями метаболизма фруктозы, уровнем АТФ, цАМФ и кальция (табл. 3).

Выявленное в эксперименте снижение содержания энергетических субстратов (глюкозы и лимонной кислоты) и уменьшение скорости фруктолиза сопровождалось уменьшением подвижности и дыхательной активности сперматозоидов.

Увеличение содержания лактата в спермоплазме при хроническом воздействии ПХБ может отражать, во-первых, выход лактата из семенников, где он вовлекается в адаптивное усиление окислительных процессов, во-вторых, его участие в процессе регуляции количества сперматозоидов.

Обнаруженное нами уменьшение уровня АТФ в эякуляте было сопряжено главным образом с функциональными характеристиками сперматозоидов: подвижностью, жизнеспособностью и дыхательной активностью, которые, в свою очередь, предопределяют фертилизационный потенциал гамет.

Таблица 2

Содержание некоторых метаболитов в спермоплазме

при хроническом действии ПХБ (Mm, n=11)

Показатели	Группы животных	Срок наблюдения, месяцы
Показатели	Группы животных	1	2	3	4
Общий белок, г/л	I	34,72,6	31,03,9	24,72,2*	23,51,8*
	II	31,54,0	29,03,2	20,32,7*	19,42,5*
	К	33,75,1	34,64,4	35,14,9	36,15,4
Альбумин, г/л	I	0,870,04	0,880,06	0,850,07	0,710,05*
	II	0,870,04	0,840,07	0,810,03	0,650,03*
	К	0,910,03	0,940,03	0,920,02	0,930,02
Мочевина, мМ/л	I	21,31,4	19,71,6	23,01,2	32,12,7*
	II	22,51,8	21,42,0	34,71,9*	36,83,1*
	К	22,61,9	19,42,3	19,82,2	20,32,1
Креатинин, мкМ/л	I	52975,5	54372,0	62293,1	87446,4*
	II	54066,2	58366,3	82957,9*	99061,3*
	К	55363,5	55768,7	51956,2	51869,4
Глюкоза, мМ/л	I	1,220,16	1,240,14	1,120,08*	0,840,13*
	II	1,290,14	1,330,15	0,720,06*	0,680,11*
	К	1,340,11	1,430,15	1,440,13	1,430,12
Фруктоза, мМ/л	I	9,60,38	10,10,56	9,20,33	8,90,67
	II	9,00,71	9,30,75	9,90,64	11,20,93
	К	9,30,58	9,50,63	9,60,61	9,40,62
Фруктолиз, мМ/л/час	I	0,440,07	0,410,05	0,380,06	0,280,05*
	II	0,420,06	0,310,04*	0,240,07*	0,230,04*
	К	0,520,09	0,530,08	0,550,09	0,540,09
Цитрат, мМ/л	I	25,12,2	24,72,3	20,61,7*	15,10,9*
	II	22,31,9	20,92,8	13,81,3*	10,40,8*
	К	26,81,7	25,61,8	25,81,5	26,01,4
Кальций, мМ/л	I	1,040,05	1,140,03	0,970,05	0,570,09*
	II	0,910,08	0,840,09	0,560,08*	0,410,05*
	К	1,010,05	1,110,05	1,030,05	1,020,06

Примечание: *здесь и далее - p0,05 по сравнению с контрольной группой.

Таблица 3

Коэффициенты достоверных корреляций между параметрами состояния сперматозоидов и биохимическими показателями спермоплазмы животных при хронической интоксикации ПХБ в дозе 3,75 мг/кг

Параметр сперматозоидов	Биохимический показатель	Контроль		Опыт
Параметр сперматозоидов	Биохимический показатель	r	p	r	p
Количество	щелочная фосфатаза АСТ ЛДГ ГГТ	0,40 - 0,43 -	* *	- 0,25 0,54 0,28	* ** *
Подвижность	фруктоза фруктолиз АТФ цАМФ кальций щелочная фосфатаза ЛДГ креатинин	0,70 0,66 0,51 0,39 0,45 0,26 0,21 -	* * ** * *	0,75 0,73 0,25 0,21 0,32 - - - 0,53	** * * * *
Патологические формы	общий белок альбумины АСТ АЛТ глюкоза -Амилаза	0,74 0,65 -0,36 0,52 -0,77 -	* *	-0,38 -0,49 - - - 0,54	* * *
Дыхательная активность	МДГ цитрат АТФ	-0,31 -0,44 0,75	* * **	-0,49 -0,60 -	* **
Жизнеспособность	АТФ	0,71	**	0,74	**

Примечание: r – коэффициент корреляции Кендалла, р – уровень его достоверности; * - р<0,05, ** - р<0,01, *** - р<0,001

В целом обнаруженные изменения биохимических показателей (ЛДГ, фруктозы, цитрата, АТФ и ряда других) свидетельствуют о напряжении процессов адаптации регуляторных систем при воздействии ПХБ.

Наиболее чувствительным неспецифическим биохимическим маркером окислительного стресса при действии ксенобиотиков, включая ПХБ, признана система глутатиона (Тиунов Л.А., 1995; Hemachand T., Shaha C., 2003). Это подтверждается снижением двигательной активности сперматозоидов, которое коррелировало как с уровнем самого SH-глутатиона, так и с глутатионредуктазой, ферментом, обеспечивающим его восстановление. Со всеми функциональными свойствами сперматозоидов может быть связан и дисбаланс про- и антиокислительных систем с избыточным образованием свободных радикалов и конечных метаболитов типа ТБК-реагирующих продуктов (табл. 4).

Таблица 4

Показатели состояния про- и антиоксидантных процессов в спермоплазме крыс при хроническом воздействии полихлорбифенилов

Показатели	Группы животных	Срок наблюдения, месяцы
Показатели	Группы животных	1	2	3	4
ОАА, нМ/мл	I	52,5  5,2	56,3  7,4	43,1  6,9	26,9  5,4*
	II	48,3  7,0	45,6  7,5	40,7  8,4	17,8  2,7
	К	58,0  9,3	58,0  9,3	58,0  9,3	58,0  9,3
СОД Е/мг белка	I	220,4  10,6	216,0  12,9	220,4  10,6	219,8  11,4
	II	222,5  7,3	192,9  9,2*	163,4  11,5*	140,7  12,2*
	К	224 ± 8,9	227 ± 10,5	231 ± 11,1	227 ± 10,7
ГПО Е/мг белка	I	27,9  2,6	25,4  2,2	26,1  1,8	21,7  1,5*
	II	24,0  3,1	22,1  1,7*	16,6  1,8*	13,4  1,5*
	К	27,4 ± 3,0	29,2 ± 2,5	28,3 ± 1,9	29,1 ± 2,8
Каталаза нКат/мг белка	I	5,12 ± 0,25	5,17 ± 0,48	4,93 ± 0,47	4,11 ± 0,36*
	II	4,98 ± 0,36	3,89 ± 0,41*	3,10 ± 0,25*	2,10 ± 0,29
	К	4,93 ± 0,28	5,21 ± 0,31	5,26 ± 0,32	5,28 ± 0,39
Глутатион-SH нМ/мл	I	115,3  14,4	117,2  14,0	120,9  13,5	82,5  6,6*
	II	118,1  10,9	114,5  13,2	81,0  9,1*	67,3  8,1*
	К	117,7  13,6	116,2  12,7	117,7  11,9	116,7  12,6
Глутатион-редуктаза нКат/мг белка	I	3,28  0,22	3,13  0,26	3,29  0,19	2,83  0,20
	II	3,05  0,19	3,22  0,16	2,74  0,28	2,69  0,24
	К	3,26  0,21	3,11  0,22	3,14  0,31	3,24  0,29
ТБК-РП, нМ/мл	I	30,8  5,5	36,4  5,0	37,5  3,8	51,1  6,4*
	II	35,6  4,0	34,0  5,9	59,6  9,1*	77,2  8,7*
	К	33,7  4,8	34,8  4,9	31,9  4,4	32,8  4,6

Информативным методом оценки секреторной активности эндокринных желез является определение базальной концентрации гормонов в спермоплазме подопытных животных. Хотя гормональные сигналы выступают в качестве непременного условия успешного сперматогенеза, исследования последнего времени свидетельствуют об участии в этом процессе множества других биологически активных соединений, в частности, цитокинов (Huleihel M., Lunenfeld E., 2004; Ingman W., Jones R., 2008).

Необходимо отметить, что стероидный профиль спермоплазмы подопытных животных, а именно, концентрация в ней тестостерона и эстрадиола, синтез и секреция которых в семенниках определяется не в последнюю очередь системой цитокинов (Morales V. et al., 2003), достоверно отличался от показателей интактной группы (табл. 5).

Таблица 5

Содержание некоторых цитокинов и половых гормонов в спермоплазме

самцов крыс при воздействии ПХБ в течение 4 мес (Mm, =12)

Группа животных	ИЛ 1β	ИЛ 6	ил 4	ФНО	Тесто-стерон	Эстрадиол
Группа животных	пг/мл				нм/л	пм/л
Контроль	5,31±0,62	20,4±1,78	9,40±1,62	10,1±0,92	1,820,20	54,76,9
I	9,17±0,87*	27,4±2,0*	7,88±0,83	16,7±0,94*	1,120,15*	869,1*
II	8,93±0,79*	33,2±2,62*	5,52±0,62*	17,3±0,89*	1,210,13*	103,511,4*

Проведенные исследования показали, что снижение содержания тестостерона находилось в прямой зависимости от дозы яда (1,210,13 и 1,120,15 нМ/л у животных I и II группы, соответственно, против 1,820,20 нМ/л в контроле), в то время как колебания уровня эстрадиола имели обратную зависимость (869,1 и 103,511,4 против 54,76,9 пМ/л в контроле).

Повышение уровня эстрадиола при интоксикации ПХБ негативно коррелировало с жизнеспособностью сперматозоидов (r = -0,61; p<0,01). По данным Нишлаг Э., Бере Г. (2005), чем выше уровень эстрадиола в крови, тем более выражены повреждения сперматогенного эпителия, приводящие к нарушению фертильности.

Обнаружено также статистически значимое увеличение концентрации провоспалительных цитокинов в семенной плазме (интерлейкина 1β, интерлейкина 6, фактора некроза опухоли α) на фоне недостоверных колебаний противовоспалительного интерлейкина 4, что может отражать нарушение равновесия Th1/Th2-цитокинов, способное привести к ослаблению иммуносупрессорной активности спермы в условиях интоксикации.

На фоне дисбаланса гормонов и цитокинов были выявлены выраженные изменения клеточного состава эякулята и его функциональных характеристик при воздействии ПХБ, что может быть связано с накоплением этого вещества в репродуктивных органах самцов.

Установлено избирательное накопление ПХБ в эпидидимисе, которое было сопоставимо с их кумуляцией в жировой ткани – основном месте депонирования большинства соединений класса стойких органических загрязнителей. Известно, что этому органу принадлежит первостепенная роль в процессах созревания сперматозоидов, обретения ими поступательного движения (подвижности) и оплодотворяющей способности.

Другой особенностью распределения ПХБ явился высокий уровень поглощения наиболее токсичных планарных тетра-, пента- и гексахлорпроизводных в эпидидимисе и семенниках (рис. 5).

На основании этих данных можно констатировать, что полихлорбифенилы обладают повышенной тропностью не только к жировой ткани, но и к репродуктивным органам, прежде всего, мужским, и это обстоятельство, вероятно, выступает в качестве одной из предпосылок снижения фертильного потенциала в условиях интоксикации этими антропогенными загрязнителями.

Рис. 5. Профиль конгенеров ПХБ в эпидидимисе и семенниках

Полученные результаты с учетом данных литературы позволяют считать, что ПХБ в дозах 37,5 мг/кг и 3,75 мг/кг вызывают патологию эякулята, что опровергает утверждения других авторов, не выявивших при этих уровнях воздействия изменений в репродуктивной системе (Kassa H., Jackson W., 198; Gray L., 1993).

В нашем исследовании показано, что в качестве прогностического индикатора нарушений состояния эякулята можно рассматривать профиль наиболее информативных метаболитов спермы, т.н. «спермальный метаболом». Barratt C. (2008) полагает, что спермальный метаболом представляет собой перспективный биомаркер мужской фертильности, определение которого позволит дополнить трудоемкий и рутинный анализ спермограммы. Это подтверждается работой Комаровой М.В. (2000), что причиной мужского бесплодия могут быть биохимические изменения в сперматозоидах при отсутствии видимых нарушений клеточного состава эякулята.

Полученные материалы обосновывают целесообразность использования предложенных методов исследования для мониторинга репродуктивной функции при диспансеризации мужчин, работающих с вредными химическими веществами, в частности, с ПХБ, диоксинами и родственными соединениями. Это тем более актуально, что в России полномасштабные работы по утилизации ПХБ-содержащего оборудования (трансформаторов, конденсаторов и др.) еще только начинаются.

выводы

Воздействие совола (ПХБ) в хроническом эксперименте в дозах 3,75 и 37,5 мг/кг вызывает нарушения функционального состояния сперматозоидов у крыс: ограничение подвижности, снижение жизнеспособности, нарушение дыхательной активности и существенное увеличение количества патологических форм.
Изменения клеточного состава эякулята зависят от длительности воздействия совола и тесно сопряжены со сдвигами биохимических и гормональных показателей спермы экспериментальных животных, что проявляется уменьшением концентрации общего белка, альбуминов и энергетических субстратов, торможением скорости фруктолиза, приростом уровня конечных продуктов азотистого обмена, ингибированием окислительных ферментов, инверсией соотношения тестостерон/эстрадиол на фоне дефицита АТФ.
Особенностью действия совола является его накопление в эпидидимисе, что свидетельствует о высокой проницаемости гематотестикулярного барьера для ПХБ и может вызвать снижение фертильности.
Одним из ведущих механизмов развития патологических сдвигов в сперме при хроническом воздействии совола в обеих дозах является усиление образования активных форм кислорода, интенсификация процессов перекисного окисления липидов с избыточным накоплением в семенной плазме ТБК-реагирующих продуктов.
При воздействии совола в дозе 3,75 мг/кг на протяжении 3 месяцев эксперимента наблюдались изменения показателей энергетического обмена спермоплазмы (скорости фруктолиза, концентрации АТФ), которые предшествовали патологическим сдвигам морфологических и функциональных показателей сперматозоидов. С 4 месяца выраженность этих изменений нарастала, что сопровождалось снижением жизнеспособности, подвижности и дыхательной активности сперматозоидов.
Корреляционный анализ взаимосвязей морфофункциональных и биохимических показателей эякулята с параметрами свободнорадикального статуса выявил наличие сильных, в ряде случаев разнонаправленных ассоциаций, например, между подвижностью и содержанием ТБК-реагирующих продуктов (r= –0,63, р<0,001) или жизнеспособностью и активностью глутатионредуктазы (r=0,57, р<0,05), что указывает на различную роль отдельных компонентов про- и антиоксидантных систем в возникновении нарушений сперматогенеза и может служить прогностическим критерием развития патологии спермы при действии ПХБ.
Для мужчин, работающих с ПХБ-содержащими веществами типа совола, с целью ранней диагностики нарушений фертильности в дополнение к классическим методам исследования спермограммы рекомендуется количественная оценка наиболее информативных аналитов семенной плазмы (фруктозы, глюкозы, цитрата, креатинина, АТФ, ТБК-РП, каталазы, ЛДГ, тестостерона, интерлейкина 1β, ФНО).

Список научных работ, опубликованных по теме диссертации

1. Галимова Э.Ф., Абдуллина А.З. Цитокиновый спектр сыворотки крови и семенников самцов крыс при экспериментальной интоксикации полихлорбифенилами // Здравоохранение Башкортостана. – 2003. – Спецвыпуск № 4. – С. 11-14.

2. Галимов Ш.Н., Аглетдинов Э.Ф., Галимова Э.Ф., Громенко Д.С., Амирова З.К., Абдуллина А.З. Ecotoxicants and man reproductive health: the global threat // Environment and Human Health: The complete Works of International Ecologic Forum, St. Petersburg, Russia / Editor in chief G.A. Sofronov. – SPb: SpecLit, 2003. – P. 347-348.

3. Галимов Ш.Н., Аглетдинов Э.Ф., Галимова Э.Ф., Абдуллина А.З., Мухамедзянов Р.М. Экополлютанты и репродуктивное здоровье мужчин: от оценки риска до профилактики нарушений // Профилактика нарушений репродуктивного здоровья от профессиональных и экологических факторов риска: Мат. Международного конгресса / Под. ред. Н.Ф.Измерова. – Волгоград, 2004. – С. 6-9.

4. Амирова З.К., Абдуллина А.З., Галимова Э.Ф., Галимов Ш.Н. Контаминация спермы ПХДД/ПДДФ: результаты обследования жителей промышленных городов // Мат. II Всероссийской конф. по проблемам диоксинов. – Уфа: НИИ БЖД РБ, 2004. - С. 257-258.

5. Абдуллина А.З., Галимова Э.Ф., Галимов Ш.Н. Метаболическая характеристика спермальной плазмы при интоксикации полихлорбифенилами // Научный прорыв – 2004: Сб. трудов конф. ученых Республики Башкортостан, посвященной Году окружающей среды. – Уфа, 2004. – С. 17-18.

6. Абдуллина А.З., Галимов Ш.Н., Галимова Э.Ф. Проблемы мужского здоровья: вызовы: XXI века // Здравоохранение Башкортостана. - 2004. – Спец. выпуск № 4. - С. 69-72.

7. Круговых Н.Ф., Абдуллина А.З., Галимова Э.Ф., Галимов Ш.Н. Нарушение сперматогенеза полихлорбифенилами: эндокринные и паракринные механизмы повреждения // Авиакосм. экол. мед. – 2004. – № 6. – С. 51-56.

8. Абдуллина А.З., Галимова Э.Ф., Галимов Ш.Н. Особенности биохимического состава спермы при воздействии экополлютантов класса ПХБ // Мужское здоровье и долголетие: Мат. 4-го Российского научного форума. – Москва, 2006. – С. 30.

9. Абдуллина А.З. Влияние полихлорбифенилов на процессы свободнорадикального окисления в сперме // Вопр. теор. и практ. медицины: Мат. 72-й Респ. научной конф. студентов и молодых ученых. – Уфа, 2007. – С. 5-6.

10. Абдуллина А.З., Галимова Э.Ф., Громенко Д.С., Амирова З.К., Галимов Ш.Н. Накопление приоритетных загрязнителей окружающей среды класса полихлорбифенилов в жировой ткани и органах мужской репродуктивной системы // Мужское здоровье и долголетие: Материалы 6-го Российского научного форума. – Москва, 2008. – С. 7.

11. Абдуллина А.З., Галимова Э.Ф., Галимов Ш.Н. Влияние поллютантов класса полихлорбифенилов на содержание АТФ, кальция и цАМФ в спермоплазме экспериментальных животных // IV съезд Рос. общества биохимиков и молекулярных биологов. – Новосибирск: «Арта», 2008. - С. 418.

12. Шарафиев Г.Р., Антипова И.Н., Исхаков И.Р., Сафарагалиева Р.Т., Исланаева К.А., Абдуллина А.З. Распределение экополлютантов класса полихлорбифенилов в органах репродуктивной системы и жировой ткани экспериментальных животных // Вопр. теор. и практ. медицины: Мат. 73-й Респ. научной конф. студентов и молодых ученых. – Уфа, 2008. - С. 119-121.

13. Громенко Д.С., Галимов Ш.Н., Амирова З.К., Абдуллина А.З., Громенко Ю.Ю., Галимова Э.Ф. Гонадотоксическое действие полихлорбифенилов // Бюлл. экспер. биол. – 2008. - № 7. – С. 76-79.

14. Галимов Ш.Н., Громенко Д.С., Абдуллина А.З., Галимова Э.Ф. Спермотоксические свойства приоритетных загрязнителей окружающей среды класса полихлорбифенилов // Мед. труда и пром. экология.. – 2008. - № 10. – С. 31-33.

15. Галимов Ш.Н., Громенко Д.С., Абдуллина А.З., Галимова Э.Ф., Гизатуллин Т.Р. «Кризис сперматозоида» на рубеже тысячелетий: факты и гипотезы // Мужское здоровье и долголетие: Мат. 7-го Российского научного форума. – М., 2009. – С. 24.

16. Галимов Ш.Н., Громенко Д.С., Абдуллина А.З., Галимова Э.Ф., Гизатуллин Т.Р., Мукминов А.А., Сивочалова О.В. Мужчина в зеркале эволюции, экологии, экономики и эмансипации // Мат. V Российского конгресса «Мужское здоровье». – Кисловодск, 2009. – С. 35-40.

Blog

На состояние эякулята

Содержание

абдуллина Айгуль Зарифовна

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОЛИХЛОРБИФЕНИЛОВ

НА СОСТОЯНИЕ ЭЯКУЛЯТА