Морфологические параметры семенников 90-дневных крыс в норме и при воздействии биостимулятора на фоне радиационного облучения

Читать метаданные

Цель исследования — изучение морфологических параметров семенников крыс 90-дневного возраста в норме и при воздействии биостимулятора на фоне радиационного облучения. Материал и методы. Исследование выполнено на 40 белых рандомбредных крысах самцах массой от 95 до 120 г. Животные были разделены на две группы. В качестве биостимулятора использовали антисептик-стимулятор Дорогова, фракция 2 (АСД-ф2). Животных выводили из эксперимента в 90-дневном возрасте, через 20 дней с момента его начала. Проводили математическую обработку и определяли показатели среднеквадратичного отклонения и ошибку репрезентативности. Результаты. Анализ результатов показал, что у крыс экспериментальной группы, которые подвергались воздействию облучения и принимали биостимулятор, диаметр извитых семенных канальцев по сравнению с контролем меньше на 4%, площадь их поперечных сечений отстает на 6%, высота сперматогенного эпителия отстает на 7%, диаметр просвета семенного канальца меньше на 9%. Число клеток Лейдига уменьшается на 8%, а их размер — на 3% по сравнению с таковыми в интактной группе. Заключение. При моделировании радиационного облучения (суммарная доза 4,0 Гр) доказано его патологическое воздействие на семенники крыс по сравнению с таковыми показателями у интактных животных. Использование биостимулятора усиливает регенеративную функцию и достоверное снижение патогенного изменения структур семенников. В результате морфометрические параметры приближаются к контрольным, что указывает на необходимость дальнейшего изучения влияния биостимулятора в восстановительном периоде.

Ключевые слова:

биостимулятор

семенники

извитые канальцы

морфологические параметры

Авторы:

Тешаев Ш.Ж.

Бухарский государственный медицинский институт им. Абу Али ибн Сино, Бухара, Узбекистан

Баймурадов Р.Р.

Бухарский государственный медицинский институт им. Абу Али ибн Сино Минздрава Узбекистана, Бухара, Узбекистан

Список литературы:

Wong EW, Cheng CY. Impacts of environmental toxicants on male reproductive dysfunction. Trends Pharmacol Sci. 2011;32(5):290-299. https://doi.org/10.1016/j.tips.2011.01.001
Silva AM, Correia S, Casalta-Lopes JE. The protective effect of regucalcin against radiation-induced damage in testicular cells. Life Sci. 2016;164:31-41. https://doi.org/10.1016/j.lfs.2016.09.003
Gong EJ, Shin IS, Son TG, Yang K, Heo K, Kim JS. Low-dose-rate radiation exposure leads to testicular damage with decreases in DNMT1 and HDAC1 in the murine testis. J Radiat Res. 2014;55(1):54-60. https://doi.org/10.1093/jrr/rrt090
Hennies S, Wolff HA, Jung K, Rave-Frank M, Gaedcke J, Ghadimi M. Testicular radiation dose after multimodal curative therapy for locally advanced rectal cancer. Influence on hormone levels, quality of life, and sexual functioning. Strahlenther Onkol. 2012;188:926-932. https://doi.org/10.1007/s00066-012-0139-7
Jauchem JR. Effects of low-level radio-frequency (3 kHz to 300GHz) energy on human cardiovascular, reproductive, immune, and other systems: a review of the recent literature. Int J Hyg Environ Health. 2008;211(1-2):1-29. https://doi.org/10.1016/j.ijheh.2007.05.001
Chuai Y, Gao F, Li B, Zhao L, Qian L, Cao F, Wang L, Sun X, Cui J, Cai J. Hydrogen-rich saline attenuates radiation-induced male germ cell loss in mice through reducing hydroxyl radicals. Biochem J. 2012;442:49-56. https://doi.org/10.1042/BJ20111786
Shin SC, Kang YM, Jin YW, Kim HS. Relative morphological abnormalities of sperm in the caudal epididymis of high- and low-dose-rate gamma-irradiated ICR mice. J Radiat Res. 2009;50:261-266. https://doi.org/10.1269/jrr.09005
Delic JI, Hendry JH, Morris ID, Shalet SM: Leydig cell function in the pubertal rat following local testicular irradiation. Radiother Oncol. 1986;5:29-37. https://doi.org/10.1016/s0167-8140(86)80006-8
Ding J, Wang H, Wu ZB, Zhao J, Zhang S, Li W. Protection of murine spermatogenesis against ionizing radiation-induced testicular injury by a green tea polyphenol. Biol Reprod. 2015;92(1):6. https://doi.org/10.1095/biolreprod.114.122333
Links M, Lewis C. Chemoprotectants: a review of their clinical pharmacology and therapeutic efficacy. Drugs. 1999;57(3):293-308. https://doi.org/10.2165/00003495-199957030-00003
Khasanova DA, Teshaev ShJ. Topografic-anatomical features of lymphoid structures of the small intestine of rats in norm and against the background of chronic radiation diseases. Eur Scie Rev. 2018;9-10:197-198.
Ji HJ, Wang DM, Wu YP, Niu YY, Jia LL, Liu BW, Feng QJ, Feng ML. Wuzi Yanzong pill, a Chinese polyherbal formula, alleviates testicular damage in mice induced by ionizing radiation. BMC Complement Altern Med. 2016;16(1):509. https://doi.org/10.1186/s12906-016-1481-6
Khan S, Adhikari JS, Rizvi MA, Chaudhury NK. Radioprotective potential of melatonin against ⁶⁰Co γ-ray-induced testicular injury in male C57BL/6 mice. J Biomed Sci. 2015;22:61. https://doi.org/10.1186/s12929-015-0156-9
Jiang DW, Wang QR, Shen XR, He Y, Qian TT, Liu Q, Hou DY, Liu YM, Chen W, Ren X, Li KX. Radioprotective effects of cimetidine on rats irradiated by long-term, low-dose-rate neutrons and 60Co γ-rays. Mil Med Res. 2017;4:7. https://doi.org/10.1186/s40779-017-0116-7
Shetty G, Wilson G, Hardy MP, Niu E, Huhtaniemi I, Meistrich ML. Inhibition of recovery of spermatogenesis in irradiated rats by different androgens. Endocrinology. 2002;143:3385-3396. https://doi.org/10.1210/en.2002-220206
Shetty G, Weng CCY, Bolden-Tiller OU, Huhtaniemi I, Handelsman DJ, Meistrich ML. Effects of medroxyprogesterone and estradiol on the recovery of spermatogenesis in irradiated rats. Endocrinology. 2004;145:4461-4469. https://doi.org/10.1210/en.2004-0440
Porter KL, Shetty G, Shuttlesworth G, Weng CY, Huhtaniemi I, Pakarinen P, Meistrich ML. Estrogen enhances recovery from radiation-induced spermatogonial arrest in rat testes. J Androl. 2009;30:440-451. https://doi.org/10.2164/jandrol.108.006635
Zhou W, Bolden-Tiller OU, Shao SH, Weng CC, Shetty G, AbuElhija M, Pakarinen P, Huhtaniemi I, Momin AA, Wang J, Stivers DN, Liu Z, Meistrich ML. Estrogen-regulated genes in rat testes and their relationship to recovery of spermatogenesis after irradiation. Biol Reprod. 2011;85(4):823-833. https://doi.org/10.1095/biolreprod.111.091611
Baymuradov RR, Teshaev ShJ. Morphological parameters of rat testes in normal and under the influence of chronic radiation disease. Am J Med Med Scie. 2020;10(1):9-12.

Закрыть метаданные

Введение

В настоящее время на государственном уровне уделяется большое внимание медико-социальным проблемам. Одной из таких проблем является бесплодие. По оценкам ряда ученых, бесплодие затрагивает 15% всех пар, планирующих беременность, а мужское бесплодие служит причиной почти 50% этих случаев [1].

На семенники влияет множество физических и химических факторов, которые могут служить причиной бесплодия. Яички являются ключевым органом, участвующим в поддержании мужской фертильности (посредством синтеза тестостерона и производства мужских половых клеток), и одним из наиболее радиочувствительных. Разные типы излучений — в числе прочих разрушающих факторов, негативно влияющих на эти органы [2, 3]. За последние десятилетия проводились клинические и экспериментальные исследования, в которых выявлялись нарушения сперматогенеза и снижение количества сперматозоидов из-за негативного действия излучения [4]. Кроме того, установлено, что функционирование репродуктивной системы значительно снизилось у мужчин, работающих на высоковольтных электрических станциях, базовых станциях мобильной связи и других электромагнитных средах [5].

Ученые доказали, что облучение всего тела может привести к обратимым или необратимым повреждениям мужской репродуктивной системы. Ткань семенников чувствительна даже к дозе облучения до 0,1 Гр из-за высокопролиферирующих сперматогониальных клеток [6]. Значительное снижение количества сперматозоидов и морфологических отклонений у крыс было зарегистрировано при дозах облучения 1—2 Гр. Кроме того, структура сперматогенного эпителия семенников, который имеет клетки, патологически меняется под действием излучения [7]. Была выявлена гибель клеток Лейдига и Сертоли во время деления. Эти клетки у грызунов не могли функционировать нормально после облучения высокими дозами (5 Гр), что привело к снижению уровня тестостерона и повышению уровня лютеинизирующего гормона в сыворотке крови [8]. Дозы облучения, необходимые для уничтожения сперматоцитов, выше, чем для сперматогония, что приводит к исчезновению сперматид, сперматогоний и сперматоцитов.

Что касается человека — снижение количества сперматозоидов и временная азооспермия отмечались при дозах облучения менее 0,3 Гр. Пролиферация клеток Лейдига и Сертоли ингибируется после облучения дозой 1 Гр. Токсические эффекты излучения приводят к мутагенезу или апоптозу клеток, в итоге к снижению количества и дефектному производству сперматозоидов [9]. Поэтому восстановление их количества будет зависеть от пролиферации выживших клеток сперматогенного эпителия.

Во всем мире до настоящего времени, исходя из многочисленных патологических эффектов излучения, в качестве радиопротекторов применялись различные препараты [10, 11]. Например, пероральное введение китайского препарата WZYZP в течение 3 нед заметно увеличило вес яичек, количество и подвижность сперматозоидов [12]. Мелатонин, главный гормон шишковидного тела, является сильным поглотителем свободных радикалов и антиоксидантной молекулой. Поэтому этот гормон использовали как препарат, который усиливает регенерацию клеток организма после радиации [13]. Кроме того, получены результаты, которые свидетельствуют, что циметидин облегчает повреждение, вызванное длительным нейтронным облучением в малых дозах и γ-излучением, посредством антиоксидирования и иммуномодуляции [14]. Неожиданный вывод был сделан в ходе исследований, в которых у крыс после терапии рака обнаружили, что эстроген стимулировал восстановление дифференцировки сперматогониев [15—18], но механизм действия не был идентифицирован. Все перечисленное свидетельствует, что биостимуляторы не были активно использованы как радиопротективные средства, и структурные изменения после их воздействия полностью не изучены.

Цель исследования — изучение морфологических параметров семенников крыс 90-дневного возраста в норме и при воздействии биостимулятора АСД-2 на фоне радиационного облучения.

Материал и методы

Исследование проводили на 40 белых рандомбредных крысах самцах массой от 95 до 120 г. Животных содержали в условиях вивария при обычном режиме освещения, со стандартным рационом и свободным доступом к воде. Крысы были разделены на 2 группы: контрольная (n=20), экспериментальная (n=20). В экспериментальной группе для угнетания защитной функции организма (иммунная система) крыс облучали с помощью аппарат ДТГТ АГАТ Р1 (завод «Балтиец» Нарва, Эстония, 1991 г. выпуска, эксплуатация с 1994 г., перезарядка 2007 г., мощность 25 006 сГр/мин) на протяжении 20 дней в фракционной каждодневной дозе 0,2 Гр (суммарная доза 4,0 Гр) до 90-дневного возраста. Кроме того, начиная с 81-дневного возраста (11-й день эксперимента) при помощи зонда вводили внутрижелудочно 0,1 мл раствор АСД-2, разведенный в 0,4 мл дистиллированный воды.

Животных выводили из эксперимента в 90-дневном возрасте посредством мгновенной декапитации под эфирном наркозом. Исследование выполнялось полностью в соответствии с документом «Правила проведения работ с использованием экспериментальных животных», утвержденном этическим комитетом Бухарского государственного медицинского института им. Абу Али ибн Сино (№18 от 16.01.18), которое основывалось на положениях Хельсинской декларации Всемирной медицинской ассоциации от 1964 г., дополненной в 1975, 1983, 1989, 1996, 2000, 2002, 2004, 2008 и 2013 гг.

Для проведения дальнейших исследований после вскрытия брюшной полости извлекали семенники и изучали анатомические их параметры: массу, длину, ширину, объем.

Извлеченные семенники фиксировали в растворе Буэна и заливали в парафин по общепризнанным правилам. Затем готовили гистологические срезы толщиной 6—7 мкм, которые окрашивали гематоксилином и эозином, по ван Гизону и Вейгерту. Морфометрические исследования ткани семенников провели под микроскопом NLCD-307B.

Математическую обработку полученных данных выполняли непосредственно из общей матрицы данных Excel 7,0, определяли показатели среднеквадратичного отклонения и ошибки репрезентативности.

Результаты и обсуждение

При наружном осмотре семенники крыс-самцов 90-дневного возраста были розовато-белого цвета, мягко-эластической консистенции и эллиптической формы. В отдельности масса семенников колебалась от 0,62 до 0,88 г, в среднем составила 0,78±0,016 г. Длина семенников достигала 1,23—1,78 см, в среднем 1,42±0,034 см, толщина 0,9—1,3 см, в среднем 1,11±0,025 см. Объем семенников в отдельности составлял от 0,61 до 0,83 см³, в среднем 0,69±0,014 см³. Семенники снаружи покрыты оболочкой. Толщина капсулы находится в пределах от 13,2 до 29,6 мкм, в среднем 23,1±1,02 мкм. Снаружи оболочка покрыта 3—4 слоями продольно ориентированных плоских мезотелиальных клеток. Диаметр извитых семенных канальцев у 90-дневных крысят варьирует от 142,1 до 196,3 мкм, в среднем достигает 171,3±3,36 мкм. Площадь поперечного сечения извитых семенных канальцев составляет от 15318,3 до 26832,6 мкм², в среднем 22191,4±713,88 мкм². Стенки извитых семенных канальцев образованы соединительной тканью, а ретикулярные волокна, окружая своими волокнами каждый семенной каналец, образуют сеть различных размеров. На базальной мембране стенки извитых семенных канальцев располагается сперматогенный эпителий, высота которого колеблется от 42,1 до 62,3 мкм, в среднем 52,7±1,25 мкм. Просвет семенного канальца, свободный от межклеточных веществ, и светлая зона составляет 1/3 часть всего просвета канальца. Диаметр просвета колеблется от 34,1 до 66,7 мкм, в среднем 54,6±2,02 мкм. В межканальцевых промежутках располагаются сопровождающие межканальцевые артериолы, венулы, капилляры и клетки Лейдига. На одном промежутке в поле зрения располагается от 27 до 41 клеток Лейдига, в среднем 33,5±0,87, размер их колеблется от 8,0 до 11,8 мкм, в среднем 9,1±0,24 мкм.

У экспериментальных крыс 90-дневного возраста семенники овальной формы, масса семенников колеблется от 0,59 г до 0,84 г, в среднем 0,75±0,016 г (р<0,05) Длина семенников составляет 1,17—1,72 см, в среднем 1,37±0,034 см (р<0,05). Толщина семенников находится в пределах от 0,85 до 1,24 см, в среднем 1,08±0,024 см (р<0,05). Объем семенников в отдельности колеблется от 0,54 до 0,79 см³, в среднем 0,65±0,016 см³ (р<0,05). Толщина стенки капсулы находится в пределах от 12,6 до 28,4 мкм, в среднем 22,6±0,98 мкм (р<0,05). Оболочка образована волокнистой соединительной тканью, состоящей из толстых пучков коллагеновых волокон. Выявляются пучки эластических и ретикулярных волокон. Снаружи оболочка покрыта 2—3 слоями продольно направленных плоских мезотелиальных клеток.

Диаметр извитых семенных канальцев у 90-дневных крыс варьирует от 134,5 до 188,7 мкм, в среднем 164,7±3,36 мкм. Площадь поперечного сечения извитых семенных канальцев достигает 14853,5—25916,3 мкм², в среднем 20841,7±685,89 мкм² (р<0,05). Большую часть стенок извитых семенных канальцев составляет соединительнотканная структура, состоящая в основном из коллагеновых и ретикулярных волокон, а также из тонких пучков эластических волокон. На базальной мембране имеется сперматогенный эпителий, высота которого колеблется от 39,3 до 60,8 мкм, в среднем 49,0±1,33 мкм (р<0,05). На нем послойно располагаются сперматогонии, сперматоциты, сперматиды и сперматозоиды. Диаметр просвета семенного канальца колеблется от 31,5 до 58,1 мкм, в среднем 49,8±1,65 мкм (р<0,05). В межканальцевых промежутках содержатся сопровождающие межканальцевые артериолы, венулы, капилляры и клетки Лейдига. Ретикулярные волокна в промежутках образуют сети, окутывающие эти сосуды и клетки Лейдига. Последних насчитывается от 23 до 38, в среднем 30,8±0,93 (р<0,05). Размер клетки находится в пределах от 7,9 до 11,6 мкм, в среднем 8,8±0,23 мкм (р<0,05).

Сравнивая результаты проведенных исследований, мы выявили, что масса семенников у крыс контрольной группы со дня рождения до 90 дней увеличивается в 39 раз, а абсолютный прирост составляет 0,76 г. В то же время длина семенников увеличивается в 4,17 раза, толщина семенников в 5,28 раза, а объем семенников в 49,3 раза.

Установлено, что у крыс экспериментальной группы, начиная с рождения до 3-месячного возраста, масса семенников увеличивается в 37,5 раза. Абсолютный прирост составляет 0,73 г. Другие параметры, такие как длина, толщина и объем семенников, увеличиваются в 4,03, 5,14 и 46,4 раза соответственно. При этом абсолютный прирост составляет 1,03 и 0,87 см, 0,636 см³ соответственно.

Обнаружено, что у крыс интактной группы толщина стенки капсулы с момента рождения до 3-месячного возраста увеличивается в 2,2 раза. При этом диаметр извитых канальцев увеличивается в 3,58 раза, площадь поперечных сечений 12,1 раза. Эти же параметры у крыс экспериментальной группы увеличивается в 2,15, 3,44 и 11,4 раза соответственно.

Анализ полученных нами результатов показал, что у крыс экспериментальной группы, подвергшихся воздействию радиации и принимавших биостимулятор, в 90-дневном возрасте диаметр извитых семенных канальцев по сравнению с контролем меньше на 4%, площадь их поперечных сечений — на 6%. Кроме того, высота сперматогенного эпителия меньше на 7%, диаметр просвета семенного канальца — на 9%, масса семенников — на 4%, длина семенников — на 4%, толщина семенников — на 3% и объем семенников — на 6%. Число клеток Лейдига уменьшается на 8%, а их размер на 3%.

В первом этапе нашего исследования было установлено, что при воздействии облучения на семенники диаметр извитых семенных канальцев по сравнению с контролем меньше на 8%, а площадь их поперечных сечений — на 12% [19]. Сравнение показало, что при использовании биостимулятора отставание параметров значительно меньше, чем в группе, получавшей облучение без применения биостимулятора.

Заключение

При моделировании радиационного облучения (суммарная доза 4,0 Гр) доказано его патологическое воздействие на семенники крыс по сравнению с таковыми показателями у интактных животных. Однако использование биостимулятора усиливает регенеративную функцию и достоверное снижение патогенного изменения структур семенников. В результате морфометрические параметры приближаются к контрольным, что указывает на необходимость дальнейшего изучения влияния биостимулятора в восстановительном периоде.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования — Ш.Ж. Тешаев.

Сбор и обработка материала — Р.Р. Баймурадов.

Статистическая обработка данных — Р.Р. Баймурадов.

Написание текста — Ш.Ж. Тешаев, Р.Р. Баймурадов.

Редактирование — Ш.Ж. Тешаев.

Participation of authors:

Concept and design of the study — Sh.Zh. Teshaev.

Data collection and processing — R.R. Baimuradov.

Statistical processing of the data — R.R. Baimuradov.

Text writing — Sh.Zh. Teshaev, R.R. Baimuradov.

Editing — Sh.Zh. Teshaev.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.