Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,222

КОРРЕКЦИЯ СПЕРМАТОГЕНЕЗА НА МОДЕЛИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ЖИВОТНЫХ В УСЛОВИЯХ ХРОНИЧЕСКОЙ ИНТОКСИКАЦИИ СЕРОВОДОРОДСОДЕРЖАЩИМ ПРИРОДНЫМ ГАЗОМ

Логинов П.В. 1 Николаев А.А. 1
1 ГБОУ ВПО «Астраханский государственный медицинский университет» Минздрава России
Целью работы явилось изучение корректирующих эффектов селенсодержащего биокомплекса, состоящего из селексена и аскорбиновой кислоты, на морфофункциональное состояние семенников животных в условиях воздействия Астраханского сероводородсодержащего природного газа. Самцов белых крыс массой 200 ± 10 г подвергали воздействию газом. Корректирующие свойства биокомплекса оценивали по уровню липопероксидации в ткани семенников, а также по морфокинетическим показателям эпидидимальных сперматозоидов. О развитии оксидативного стресса свидетельствует снижение относительной массы надпочечников и возрастание перекисного гемолиза эритроцитов в условиях воздействия газом. Возрастал уровень малонового диальдегида и кинетические показатели ПОЛ в ткани семенников. Селенсодержащий биокомплекс способствовал снижению уровня липопероксидации в условиях интоксикации газом. В семенных канальцах присутствовали различные сперматогенные клетки, высота сперматогенного эпителия заметно возросла. Имело место восстановление пула незрелых форм сперматогенных клеток (сперматогонии и сперматоциты). Количество эпидидимальных сперматозоидов у животных, подвергавшихся воздействию газом и получавших биокомплекс, не отличалось достоверно от контрольных значений. Наблюдалось некоторое улучшение морфокинетических характеристик сперматозоидов в сравнении с группой животных, подвергавшихся воздействию только газом. Таким образом, коррекция сперматогенеза осуществлялась как за счет снижения интенсивности процессов свободнорадикального окисления в ткани семенников, так и за счет внедрения атомов селена в структуру пептидов, образующих хвостовую часть сперматозоидов.
эпидидимальные сперматозоиды
сперматогенные клетки
малоновый диальдегид
сперматогенный эпителий
антиоксиданты
селен
1. Асфандияров Р.И., Бучин В.Н., Лазько А.Е. и др. Острые отравления серосодержащими газами: Монография. – Астрахань: Волга, 1995. – 156 с.
2. Ветошкин Р.В., Николаев А.А., Логинов П.В. Изменения протеогликанов и гликозаминогликанов семенников крыс при экспериментальной хронической интоксикации серосодержащим газом // Проблемы репродукции. – 2012. – Т. 18, № 2. – С. 15–17.
3. Гланц С. Медико-биологическая статистика. – М.: Практика, 1999. – 459 с.
4. Логинов П.В., Николаев А.А. Влияние сероводородсодержащего газа Астраханского газового месторождения на биохимические показатели функционального состояния семенников белых крыс // Астраханский медицинский журнал. – 2011. – Т. 6, № 2. – С. 76–81.
5. Мамина В.П., Семенов Д.И. Метод определения количества сперматогенных клеток семенника в клеточной суспензии // Цитология. – 1976. – Т. 18, № 7. – С. 913–914.
6. Николаев А.А., Логинов П.В., Ветошкин Р.В. Участие свободных радикалов в функции сперматозоидов // Астраханский медицинский журнал. – 2014. – Т. 9, № 1. – С. 23–29.
7. Николаев А.А., Луцкий Д.Л. Влияние экологических факторов на репродуктивную функцию мужчин // Эколого-физиологические проблемы адаптации: мат-лы VIII Междунар. симпозиума, Москва, 27–30 января 1998 г. – М.: Изд-во РУДН, 1998. – С. 79.
8. Плосконос М.В., Николаев А.А. Содержание свободных полиаминов в спермоплазме фертильных и субфертильных мужчин // Проблемы репродукции. – 2010. – № 3. – С. 80–82.
9. Покровский А.А., Абраров А.А. К вопросу о перекисной резистентности эритроцитов // Вопросы питания. – 1964. – Т. 23, № 6. – С. 44–49.
10. Полунин А.И., Луцкий Д.Л., Мирошников В.М. и др. Селен и цинк в коррекции мужской субфертильности. – Астрахань: Изд-во АГМА, 2002. – 42 с.
11. Саноцкий И.В., Фоменко В.Н. Отдалённые последствия влияния химических соединений на организм. – М.: Медицина, 1979. – 232 с.
12. Стальная И.Д., Гаришвили Т.Г. Метод определения малонового диальдегида с помощью тиобарбитуровой кислоты // Современные методы в биохимии / под ред. акад. В.Н. Ореховича. – М.: Медицина, 1977. – С. 66–68.
13. Ушакова М.В. Функционирование репродуктивной системы самцов крыс при хроническом воздействии природных токсикантов: автореф. дис. … канд. биол. наук. – Астрахань, 2002. – 22 с.
14. Bebne D. Studies in the distribution and characteristics of new mammalian selenium-containing proteins // Analyst. – 1995. – Vol. 120. – P. 823–825.
15. Loginov P.V., Teply D.L. Morphofunctional state of reproductive system in male rats under conditions of immobilization stress // Естественные науки. – 2014. – № 4(49). – С. 47–54.

Природный газ Астраханского газоконденсатного месторождения (АГКМ) представляет собой чрезвычайно сложную химическую систему, уникальность которой обусловлена высоким содержанием серы и в особенности сероводорода [1, 4]. Высокая токсичность сероводорода делает Астраханский природный газ чрезвычайно агрессивным агентом, вызывающим развитие окислительного стресса [2, 6]. Последнее обстоятельство является причиной возникновения функциональных нарушений многих систем организма. В последнее время все больше внимания уделяется исследованию влияния сероводородсодержащего газа Астраханского газоконденсатного месторождения на репродуктивную систему мужчин [7, 8, 13], поскольку большая часть рабочего контингента на Астраханском газоконденсатном комплексе – мужчины, что определяет исследование именно мужской репродуктивной системы. Вместе с тем в литературе приводится мало сведений, касающихся профилактики нарушений репродуктивной функции в условиях стресса. В исследованиях последних лет говорится о протекторных свойствах антиоксидантов в условиях развития окислительного стресса. Это касается, прежде всего, функциональных возможностей такого классического антиоксиданта, как витамин E [15]. Однако об альтернативных корректорах репродуктивной функции в условиях интенсификации процессов свободнорадикального окисления (СРО) говорится мало.

Целью настоящей работы является изучение корректирующих эффектов селенсодержащего биокомплекса, состоящего из селексена и аскорбиновой кислоты, на морфофункциональное состояние семенников экспериментальных животных в условиях воздействия сероводородсодержащим газом АГКМ.

Материалы и методы исследования

Для исследования взяли 40 половозрелых самцов белых крыс массой 200 ± 10 г. Эксперименты на животных осуществлялись в соответствии с требованиями Женевской конвенции (1985). Животные были разделены на 4 группы: одна контрольная (К) и три опытные. В первую опытную группу (О-1) вошли животные, получавшие перорально селексен в сочетании с аскорбиновой кислотой в дозах соответственно 1,5 и 500 мг/кг массы тела животного в сутки в течение 50 дней. Группу О-2 составили животные, подвергавшиеся воздействию сероводородсодержащим газом (СВСГ) с концентрацией 10 мг/м3 по сероводороду в течение 30 дней по 4 часа ежедневно. В группу О-3 вошли животные, получавшие селексен в сочетании с аскорбиновой кислотой в указанных дозах в течение 50 дней, а параллельно с третьей недели введения указанных препаратов подвергавшиеся воздействию СВСГ в указанной концентрации в течение 30 дней по 4 часа ежедневно. По окончании экспериментальных воздействий в крови определяли уровень перекисного гемолиза эритроцитов [9]. В ткани семенников определяли исходный уровень малонового диальдегида (МДА) и кинетические показатели ПОЛ [12]. Состояние сперматогенеза у животных оценивали по методу, предложенному В.П. Маминой и Д.И. Семеновым [5]. Эпидидимальные сперматозоиды извлекали из хвостовой части эпидидимисов, разрезая их вдоль, семенную жидкость вымывали дозированным количеством физиологического раствора (эмпирически для крыс это количество 2–4 мл) и получали суспензию [11]. Подсчёт общего числа эпидидимальных сперматозоидов в суспензии производили в камере Горяева под окуляром светового микроскопа при увеличении 600х. Число спермиев подсчитывали в 5 больших квадратах камеры Горяева по диагонали. Кроме того, определяли процентное соотношение между различными морфологическими формами сперматозоидов (дефективные, подвижные и мёртвые). Для общей оценки морфофункционального состояния тестикулярной ткани изготовляли срезы семенников толщиной 7 мкм, которые окрашивали гематоксилин-эозином. Статистическую обработку полученных данных выполняли с использованием критерия Стьюдента (t), различия считали достоверными при p < 0,05 [3].

Результаты исследования и их обсуждение

Под действием СВСГ АГКМ обнаружено достоверное снижение относительной массы надпочечников (P < 0,01), что указывает на развитие затяжной стресс-реакции. В пользу указанного обстоятельства свидетельствует также усиление перекисного гемолиза эритроцитов на 23,1 %, по сравнению с контрольной группой (65,3 ± 3,44 и 42,2 ± 3,49 % соответственно), что отражает факт интенсификации процессов СРО в крови и развитие окислительного стресса. Развитие окислительного стресса, сопряжённого с радикальным окислением ненасыщенного фосфолипида RH, можно выразить следующей схемой [6]:

pic_27.tif

В условиях воздействия СВСГ АГКМ в ткани семенников отмечалось усиление динамики процессов СРО. Исходный уровень МДА в 1,5 раза превосходил контрольное значение (табл. 1). Кинетические показатели ПОЛ в условиях стресса также достоверно возрастали, особенно асПОЛ. Вместе с тем селенсодержащий биокомплекс (селексен + аскорбиновая кислота) способствовал снижению исходного уровня МДА как при воздействии СВСГ, так и в его отсутствие, что указывает на проявление указанным биокомплексом антиоксидантных свойств (рис. 1).

Таблица 1

Изменение показателей ПОЛ в ткани семенников в условиях воздействия сероводородсодержащим газом АГКМ

Условия опыта

n

МДАисх, нмоль/0,05 г

Кинетические показатели, нмоль МДА/ч

спПОЛ

асПОЛ

Контроль

10

4,89 ± 0,151

45,97 ± 0,840

48,74 ± 0,702

СВСГ АГКМ

10

7,42 ± 0,457

65,36 ± 3,104

76,48 ± 2,431

P

P < 0,001

P < 0,001

P < 0,001

pic_28.tif

Рис. 1. Исходный уровень МДА под действием СВСГ АГКМ, селенсодержащего биокомплекса и их сочетания: ○ – P < 0,05 – в сравнении с группой животных, подвергнутых воздействию газом

В условиях воздействия сероводородсодержащим газом наблюдался отёк интерстициальной ткани, полнокровие сосудов семенников и гибель половых клеток. Семенные канальцы располагались на значительном расстоянии друг от друга. Наблюдалось отслоение базальной мембраны и хаотичное расположение клеток сперматогенного эпителия (а в ряде случаев и вообще запустевание семенных канальцев). Количество клеток Лейдига возрастает примерно в 3 раза за счёт компенсаторного прироста функционально слабых малых клеток (незрелых и инволюционирующих) (рис. 2). Предварительное введение селенсодержащего биокомплекса способствует заметному снижению токсических эффектов, вызываемых одним только токсикантом, что коррелирует с изменением динамики процессов СРО в различных экспериментальных условиях (рис. 3).

pic_29.tif

Рис. 2. Структура извитых канальцев семенников животных, подвергнутых воздействию сероводородсодержащим газом. Окраска гематоксилин-эозином. Увеличение 200х

pic_30.tif

Рис. 3. Структура извитых канальцев семенников крыс, подвергавшихся воздействию сероводородсодержащим газом и получавших селенсодержащий биокомплекс. Окраска гематоксилин-эозином. Увел. 200х

Под влиянием сероводородсодержащего газа (опытная группа О-2) отмечалось резкое уменьшение общего количества сперматогенных клеток более чем в 7 раз. Наблюдалось выраженное нарушение соотношения между сперматогенными клетками (сперматогонии, сперматоциты, сперматиды, сперматозоиды). Содержание сперматогоний и сперматозоидов было сниженным, преобладали сперматоциты и сперматиды. Таким образом, незрелые половые клетки сперматогонии оказались наиболее уязвимым звеном сперматогенеза. Анализ состояния сперматогенеза после воздействия газа на фоне приема селенсодержащего биокомплекса (опытная группа О-3) показал улучшение показателей сперматогенеза, по сравнению с таковыми в группе О-2. Относительное количество сперматогоний и сперматоцитов возросло, что свидетельствует о восстановлении пула незрелых половых клеток под влиянием селенсодержащего биокомплекса в условиях интоксикации газом (табл. 2).

Количество и морфофункциональное состояние эпидидимальных сперматозоидов у белых крыс в норме и в условиях экспериментальных воздействий отражено в табл. 3.

Таблица 2

Состояние сперматогенеза у крыс после воздействия сероводородсодержащим газом

Тестикулярные показатели сперматогенеза

Контроль

(n = 10)

Опытная группа О-2

(n = 10)

Опытная группа О-3

(n = 10)

Общее количество сперматогенных клеток, млн

5236 ± 360,0

720 ± 38,1

2250 ± 116,5

Сперматогонии, %

22,5 ± 1,52

14,3 ± 0,81

17,6 ± 1,02

Сперматоциты, %

20,7 ± 1,67

28,6 ± 1,88

34,2 ± 2,46

Сперматиды, %

21,6 ± 1,76

35,7 ± 2,59

20,3 ± 1,60

Сперматозоиды, %

35,2 ± 2,66

21,4 ± 1,80

27,9 ± 1,41

Таблица 3

Состояние эпидидимальных сперматозоидов у крыс под действием сероводородсодержащего газа, селенсодержащего биокомплекса и их сочетания

Показатели эпидидимальных сперматозоидов

Контроль

(n = 10)

Группа О-1

(n = 10)

Группа О-2

(n = 10)

Группа О-3

(n = 10)

Общее количество, млн

50,0 ± 6,51

54,3 ± 6,0

***28,4 ± 2,44

ΔΔ41,0 ± 4,51

Дефективные, %

20,2 ± 2,22

***13,1 ± 0,62

***44,4 ± 3,83

ΔΔΔ42,0 ± 3,52

Подвижные, %

81,0 ± 6,2

88,0 ± 6,11

***0,4 ± 0,12

ΔΔΔ54,5 ± 4,22

Мёртвые, %

4,8 ± 0,82

4,7 ± 0,72

***55,2 ± 4,11

45,4 ± 3,31

Примечания: *** P < 0,001 – в сравнении с контролем; ΔΔ P < 0,01; ΔΔΔ P < 0,001 – в сравнении с группой животных, подвергнутых воздействию газом (О-2).

У животных, подвергнутых воздействию газом, отмечено резкое уменьшение общего количества эпидидимальных сперматозоидов более чем в 1,7 раз, в сравнении с контролем (P < 0,001). В популяции сперматозоидов отмечалось увеличение процентного содержания дефективных форм (44,4 %), подвижные сперматозоиды почти отсутствовали (0,4 %). Также почти в 11,5 раз увеличилось содержание мёртвых сперматозоидов (55,2 %) по сравнению с контролем (4,8 %) (P < 0,001). Отсутствие подвижности сперматозоидов связано с таким дефектом, как облом хвоста сперматозоидов, что можно объяснить усилением процесса липопероксидации в условиях развития окислительного стресса, вызванного сероводородсодержащим газом. Вместе с тем предварительное потребление животными селенсодержащего биокомплекса способствовало снижению токсических эффектов сероводородсодержащего газа. Достоверно значимых отклонений от контроля по количеству эпидидимальных сперматозоидов у животных, подвергавшихся воздействию газом и предварительно получавших указанный биопротектор, нами не было зафиксировано. В группе животных, подвергавшихся воздействию газом и предварительно получавших селенсодержащий комплекс, наблюдалось некоторое улучшение морфокинетических характеристик сперматозоидов в сравнении с группой животных, подвергавшихся воздействию только газом.

Известно, что в хвосте сперматозоидов крыс содержится селенопептид, который имеет важное структурное значение при сборке хвоста сперматозоидов [10, 13]. В условиях хронического воздействия сероводородсодержащего газа селен, очевидно, частично замещается серой, имеющей сходство с селеном, что в конечном счете отрицательно сказывается на функциональном состоянии половых клеток. Соответственно, у животных, получавших на фоне воздействия газом органический селен, последний успешно конкурировал с серой за место в селенопептиде, и вследствие этого значительно сокращалось относительное содержание дефективных сперматозоидов и улучшались двигательные характеристики эпидидимальных сперматозоидов.

Таким образом, селенсодержащий биокомплекс, включающий в себя аскорбиновую кислоту и селексен, оказывает протекторный эффект в отношении сперматогенной функции в условиях многократного воздействия сероводородсодержащим газом. Коррекция сперматогенеза достигается двумя путями:

1) за счет снижения интенсивности процессов СРО в ткани семенников;

2) за счет внедрения атомов селена в структуру пептидов, образующих хвостовую часть сперматозоидов.

Аскорбиновая кислота, будучи звеном неферментативной цепи антиоксидантной системы, способствует снижению уровня липопероксидации в тестикулярной ткани, что благотворно в целом сказывается на общем функциональном состоянии. Вместе с тем аскорбиновая кислота способна регулировать уровень селена в организме и выводить его избыток из организма [14]. Селен в органической форме эффективно себя проявляет как строительный материал половых клеток. Кроме того, селен является необходимым компонентом селенсодержащей глутатионпероксидазы, выступающей в качестве звена ферментативной цепи антиоксидантной системы.

Рецензенты:

Великородов А.В., д.х.н., профессор, зав. кафедрой фармацевтической химии Астраханского государственного университета, г. Астрахань;

Бойко О.В., д.м.н., профессор кафедры биохимии с курсом лабораторной диагностики, ГБОУ ВПО «Астраханский государственный медицинский университет» Минздрава России, г. Астрахань.

Работа поступила в редакцию 02.03.2015.


Библиографическая ссылка

Логинов П.В., Николаев А.А. КОРРЕКЦИЯ СПЕРМАТОГЕНЕЗА НА МОДЕЛИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ЖИВОТНЫХ В УСЛОВИЯХ ХРОНИЧЕСКОЙ ИНТОКСИКАЦИИ СЕРОВОДОРОДСОДЕРЖАЩИМ ПРИРОДНЫМ ГАЗОМ // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 2-5. – С. 965-970;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=36965 (дата обращения: 23.08.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252