В 1966 году появилась первая публикация, посвящённая эффектам воздействия электромагнитного излучения миллиметрового диапазона низкой интенсивности (менее 10 мВ/см3) на биологические объекты. Микроволновое излучение используется в активно развиваемых в настоящее время телекоммуникационных системах: сотовых телефонах, устройствах Bluetooth, WiFiи WiMAX, поэтому изучение его влияния на биосистемы различного уровняорганизации является актуальной задачей [11]. Производство, передача, распределение и использование электроэнергии сопровождаются воздействием на организм низкочастотных электромагнитных полей [15]. Изучению влияния электромагнитных полей, как высоких, так и низких частотных диапазонов на живые организмы посвящено достаточно большое количество работ. Однако не было проведено комплексных исследований воздействия микроволнового излучения на структуры репродуктивной системы. Проводимые исследования в основном касались влияния электромагнитного излучения на сперматогенез и гормональный статус, в которых говорилось о снижении уровня тестостерона, повышении эстрадиола, ухудшении качества спермы [5].
Сероводородсодержащий газ (СВСГ) Астраханского газоконденсатного месторождения (АГКМ) относится к группе экзогенных химических патогенных факторов [1]. Химические канцерогены пагубно влияют уже на этапе эмбрионального развития организма, когда происходит дифференцировка мозга и половых органов будущего индивида [2]. Сероводород, входящий в состав Астраханского природного газа, является чрезвычайно агрессивным агентом, вызывающим развитие окислительного стресса. Последнее обстоятельство является причиной возникновения функциональных нарушений многих систем организма [3, 8]. В последнее время все больше внимания уделяется исследованию влияния СВСГ АГКМ на репродуктивную систему мужчин [7, 14], поскольку большая часть рабочего контингента на Астраханском газоконденсатном комплексе – мужчины.
Цель исследования – изучить в сравнительном аспекте эффекты воздействия микроволнового излучения низкой интенсивности и сероводородсодержащего газа АГКМ на репродуктивную систему самцов крыс.
Материалы и методы исследования
Исследованию подвергались половозрелые самцы крыс линии Wistar массой 200 ± 10,0 г. Животных подвергали различным стресс-воздействиям:
1) электромагнитным излучением миллиметрового диапазона;
2) сероводородсодержащим газом (СВСГ) Астраханского газового месторождения.
Воздействие электромагнитным излучением осуществлялось в течение 30 дней по 30 мин ежедневно. Для создания электромагнитного поля использовали генератор монохроматических электромагнитных волн («Явь-1-7,1»; λ = 7,1 мм; частота f = 42,194 ГГц). Воздействие газом осуществлялось в течение 30 дней по 4 часа ежедневно в концентрации 10 мг/м3 по сероводороду. Таким образом, были сформированы три группы: контрольная (К) и две опытные (О-1 и О-2) по 10 животных в каждой. По окончании экспериментальных воздействийв гомогенатах семенников и медиобазального гипоталамуса определяли уровень малонового диальдегида (МДА) [12].Уровень биосинтеза тестостерона оценивали посредством определения ферментативной активности биосинтеза тестостерона – Δ5-3β-гидроксистероиддегидрогеназы (ГСД) в гомогенатах семенников, используя 3β-гидроки-5-андростен-17-он в качестве субстрата [9]. Общую активность ГСД выражали у.е. (1 у.е. = 1 мкг образовавшегося за 90 мин продукта/1 г ткани семенника). Состояние тестикулярного сперматогенеза оценивали с помощью метода В.П. Маминой и Д.И. Семёнова [6]. Кроме того, отдельно оценивали состояние сперматогенеза по морфологическим и кинетическим показателям эпидидимальных сперматозоидов [10].Статистическую обработку полученных результатов выполняли с использованием критерия Стьюдента [4].
Результаты исследования и их обсуждение
Под действием, как микроволнового излучения, так и сероводородсодержащего газа наблюдалось повышение уровня МДА в тканях семенников и медиобазального гипоталамуса, что свидетельствует об интенсификации процессов свободнорадикального окисления (табл. 1, рис. 1).
Таблица 1
Изменение уровня МДА в ткани гипоталамуса и семенниковпод действием микроволнового излучения (МВИ) и сероводородсодержащего газа АГКМ
|
Группы животных |
n |
МДА, нмоль/0,5 г |
|
|
гипоталамус |
семенники |
||
|
Контроль |
10 |
3,03 ± 0,391 |
2,72 ± 0,137 |
|
МВИ |
10 |
4,41 ± 0,281 |
3,76 ± 0,151 |
|
СВСГ АГКМ |
10 |
5,80 ± 0,221 |
4,12 ± 0,254 |
Рис. 1. Изменение уровня МДА в тканях гипоталамуса и семенников поддействием микроволнового излучения (МВИ) и сероводородсодержащего газа АГКМ: * P < 0,05; *** P < 0,001 – в сравнении с контролем
Как видно из табл. 1 и рис. 1, сероводородсодержащий газ оказал более выраженную интенсификацию окислительных процессов, как в гипоталамусе, так и семенниках, причём на уровне гипоталамуса выраженность свободнорадикальных процессов заметно выше, чем в тестикулярной ткани, что, вполне естественно, поскольку гипоталамус очень богат основным субстратом липопероксидации – липидами.
Развитие окислительного стресса, сопряжённого с радикальным окислением ненасыщенного фосфолипида RH, можно выразить следующей схемой:
Под влиянием как микроволнового излучения, так и сероводородсодержащего газа АГКМ отмечалось снижение общей активности ГСД более чем в 2 раза в сравнении с контролем (Р < 0,001) (табл. 2).
Таблица 2
Активность Δ5-3β-гидроксистероиддегидрогеназы в семенниках крыс при воздействии микроволновым излучением и сероводородсодержащим природным газом
|
Экспериментальные группы |
n |
Активность ГСД, у.е. |
|
Контроль |
10 |
236,2 ± 29,3 |
|
МВИ |
10 |
114,1 ± 15,8 |
|
СВСГ АГКМ |
10 |
102,0 ± 22,5 |
В результате воздействия излучения было зафиксировано снижение общего количества сперматогенных клеток, в сравнении с контролем (3140 ± 655 и 5236 ± 470 млн соответственно). Кроме того, отмечался дисбаланс между разными типами сперматогенных клеток. Наиболее уязвимыми к воздействию микроволн оказались сперматогонии-А, относительный уровень которых был заметно снижен по сравнению с контрольной группой. Общее количество эпидидимальных сперматозоидов снизилось в 1,5 раз (табл. 2), в сравнении с контролем (P < 0,001). В популяции сперматозоидов отмечалось двукратное увеличение процентного содержания дефективных форм (45,2 %), в сравнении с контролем (20,2 %). Количество мёртвых сперматозоидов возросло в 8 раз.
Под действием СВСГ АГКМ отмечалось резкое уменьшение общего количества сперматогенных клеток в семеннике более чем в 7 раз по сравнению с контрольной группой. Наблюдалось выраженное нарушение соотношения между сперматогенными клетками (сперматогонии, сперматоциты, сперматиды, сперматозоиды). Содержание сперматогоний и сперматозоидов было сниженным, преобладали сперматоциты и сперматиды. Общее количество эпидидимальных сперматозоидов было снижено более чем в 1,7 раз, в сравнении с контролем (P < 0,001) (табл. 3).
Таблица 3
Характеристика эпидидимальных сперматозоидов у крыс в условиях воздействия микроволновым излучением и сероводородсодержащим газом АГКМ
|
Показатели эпидидимальных сперматозоидов |
Контроль (n = 10) |
МВИ (n = 10) |
СВСГ АГКМ (n = 10) |
|
Общее количество, млн |
50,0 ± 6,51 |
*** 34,1 ± 1,38 |
*** 28,4 ± 2,44 |
|
Дефективные, % |
20,2 ± 2,22 |
45,2 ± 2,45 |
44,4 ± 3,83 |
|
Подвижные, % |
81,0 ± 6,2 |
38,5 ± 3,25 |
0,4 ± 0,12 |
|
Мёртвые, % |
4,8 ± 0,82 |
39,1 ± 1,91 |
55,2 ± 4,11 |
Примечание. *** P < 0,001 – в сравнении с контролем.
Отсутствие подвижности сперматозоидов под действием СВСГ АГКМ, очевидно, связано с таким дефектом, как облом хвоста сперматозоидов, что можно объяснить как результат усиления процесса липопероксидации в условиях развития окислительного стресса.
В условиях хронического воздействия СВСГ наблюдалось заметное уменьшение диаметров семенных канальцев на фоне резкого разрастания интерстициальной ткани за счёт прироста главным образом малых инволюционирующих функционально малоактивных клеток Лейдига отросчатой формы, что можно рассматривать как компенсаторную реакцию эндокриноцитов на фоне деструктивных изменений сперматогенного эпителия. Также имел место отёк интерстициальной ткани, полнокровие сосудов семенников и гибель половых клеток. Наблюдалось хаотичное расположение клеток сперматогенного эпителия (а в ряде случаев и вообще запустевание семенных канальцев) (рис. 2).
Рис. 2. Структура извитых канальцев семенников животных, подвергнутых воздействию сероводородсодержащим газом. Окраска гематоксилин-эозином. Увеличение 200х
Заключение
Таким образом, и микроволновое излучение миллиметрового диапазона, и хроническая интоксикация сероводородсодержащим газом вызывают угнетение сперматогенеза за счёт снижения количества самих половых клеток, а также за счёт нарушения их морфологии и кинетики. Возникающие нарушения коррелируют с усилением процессов липопероксидации в тканях, как самих гонад, так и на уровне центра регуляции вегетативных функций – гипоталамуса. Следует подчеркнуть более выраженный гонадотоксический эффект сероводородсодержащего газа АГКМ, что, очевидно, обусловлено непосредственным участием сероводорода в запуске радикалообразования. Принимая во внимание концепцию стресса К.В. Судакова (1997) [13], а также тот факт, что нейросекреторные клетки, в частности, супрахиазматического (СХЯ) и аркуатного ядер (АЯ) гипоталамуса участвуют в регуляции репродуктивных процессов, можно прийти к выводу, что угнетение функционального состояния семенников в условиях развития оксидативного стресса обусловлено нарушением регуляторных механизмовсо стороны гипоталамо-гипофизарного комплекса, однако факт интенсификации процессов липопероксидации в самой тестикулярной ткани свидетельствует о том, что вызываемые функциональные изменения связаны также с нарушениями на уровне самих гонад.
Рецензенты:
Терентьев А.А., д.м.н., профессор, член-корреспондент РАМН, зав. кафедрой биохимии Российского государственного медицинского университета, г. Москва;
Бойко О.В., д.м.н., профессор кафедры биохимии с курсом лабораторной диагностики ГБОУ ВПО «Астраханская государственная медицинская академия» Минздрава России, г. Астрахань.
Работа поступила в редакцию 05.12.2013.