Сперматогенез и процессы перекисного окисления липидов в гонадах крыс, подвергнутых действию шестивалентного хрома

На сегодняшний день проблема воздействия химических факторов окружающей среды на репродуктивную функцию мужчин остается весьма актуальной в связи с ростом идиопатического мужского бесплодия [16]. За последние десятилетия отмечалось ухудшение показателей состояния репродуктивного здоровья: коэффициент фертильности мужчин снизился в 1,5 раза [1], причинами бесплодного брака в 30—40% случаях является инфертильность мужчин [8, 18]. Соединения шестивалентного хрома (^VICr) относятся к опасным загрязнителям окружающей среды и входят в перечень потенциально опасных химических веществ по действию на репродуктивную функцию человека [10, 11]. Кроме того, загрязнители окружающей среды, в том числе и ^VICr, обладающие мутагенными и канцерогенными свойствами, являются основными факторами риска в период полового созревания организма [9]. Данные о влиянии ^VICr в малых дозах на мужскую репродуктивную функцию единичны и зачастую противоречивы. Противоречивость мнений, по-видимому, обусловлена тем, что при воздействии малых доз не всегда выявляются биологические эффекты в силу различных причин (объект исследования, короткий период наблюдений, выбор адекватной тест-системы и т. д.). Кроме того, длительное (хроническое) воздействие, как правило, сопровождается одновременными процессами репарации. Поэтому в токсикологических исследованиях для выявления нарушений герминативной функции семенников необходимо использовать наиболее информативный показатель, к которому следует отнести количественный, гистологический анализ семенников [6, 7]. Одной из возможных причин мужского бесплодия является «оксидантный стресс», затрагивающий как количественную, так и качественную характеристику спермограммы [13]. Интенсивность перекисного окисления липидов (ПОЛ) в гонадах может служить индикатором ранних изменений в герминативной функции семенников. Изучение механизмов повреждающего действия ^VICr на сперматогенный эпителий позволяет прогнозировать риск развития специфической патологии и отдаленных последствий, разработать систему профилактических мероприятий.

Цель настоящей работы — изучить влияние ^VIСr в малых дозах на состояние сперматогенеза и процессы ПОЛ в семенниках у крыс линии Wistar, выявить возможную взаимосвязь нарушения процесса сперматогенеза и состояния ПОЛ.

Эксперименты проводились на половозрелых самцах (n=35) разведения Wistar с массой тела 237—257 г. Статистические группы составляли по 6—8 особей. Моделирование хромовой интоксикации осуществлялось при субхроническом ежедневном внутрибрюшинном введении животным бихромата калия (K2Cr2O7 ) в дозах 1/1000, 1/100 и 1/10 от LD50 (LD50=28 мг на 1 кг массы тела), что составляет 0,028, 0,28 и 2,8 мг на 1 кг массы тела по веществу. Наибольшая из доз соответствует уровню порога острого действия по общетоксическим показателям [12]. Две другие дозы в токсикологии считаются малыми, последнюю из них можно приблизительно соотнести с предельно допустимой концентрацией в воздухе рабочей зоны. В конце экспозиционного периода животных умерщвляли путем цервикальной дислокации с соблюдением требований Международных принципов Хельсинкской декларации о гуманном отношении к животным для экстирпации органов [20]. Проводили цитологический анализ окрашенных мазков гомогенатов ткани семенников: определяли процентное соотношение клеток разных генераций сперматогенного эпителия (сперматогоний, сперматоцитов и сперматид), количество округлых сперматид с микроядрами, количество клеток Сертоли и Лейдига, индекс напряженности сперматогенеза, митотический и мейотический индексы [2]. Уровень ПОЛ в семенниках определяли по накоплению диеновых конъюгатов (ДК) [5] и малонового диальдегида (МДА) [14], активность антиоксидантной системы — по подавлению Fe²⁺-зависимого окисления фосфолипидов желтка [3]. Статистическую обработку полученных результатов проводили с помощью программного пакета Statistica 6.0 с использованием непараметрического U-критерия Уилкоксона—Манна—Уитни [4], значимые различия при p<0,05.

Цитологический анализ мазков из клеточного гомогената семенников у крыс, подвергнутых воздействию ^VICr, показал достоверное снижение числа сперматоцитов, сперматид, увеличение числа клеток Сертоли и снижение индекса напряженности сперматогенеза (рис. 1). Следует отметить, что у животных, получивших дозы 2,8 и 0,28 мг/кг ^VICr, наблюдается увеличение в 1,5 раза числа клеток Лейдига (p<0,05). Кроме того, эти клетки отличались более крупными размерами и базофильной зернистостью по сравнению с контролем. Количественные и морфологические изменения эндокриноцитов скорее всего вызваны нарушением процесса сперматогенеза и носят компенсаторно-защитный характер.

При всех исследуемых дозах наблюдалось снижение митотического и мейотического индексов, достоверно значимое увеличение числа сперматид с микроядрами и патологических митозов и мейозов (табл. 1). Аберрации были представлены в основном фрагментами и мостами (рис. 2). Увеличение числа сперматид с микроядрами и процента аномальных митозов происходит за счет мутагенного эффекта ^VICr.

Известно, что соединения ^VICrобладают мутагенными и канцерогенными свойствами [17].

Снижение мейотического индекса вызывает задержку дифференцировки и созревания половых клеток на последующих стадиях. Результаты по влиянию ^VICr на ПОЛ в гонадах представлены в табл. 2. Из приведенных данных следует, что при дозах 0,28 и 2,8 мг/кг наблюдается увеличение концентрации ДК, а содержание МДА возрастает только при дозе 2,8 мг/кг. Активация процессов липопероксидации в гонадах сопровождалась тенденцией к подавлению антиоксидантной активности.

С процессами ПОЛ в клетках связаны не только структурная и функциональная организация клеточных мембран, но и скорость деления и гормональная рецепция. Поэтому образование свободных радикалов и накопление промежуточных продуктов ПОЛ оказывают влияние на процессы клеточной пролиферации, воздействуя на ДНК клетки, вызывают в них мутационные изменения, которые впоследствии приводят к формированию патологических форм сперматозоидов [15]. Кроме того, активация ПОЛ стимулирует процессы апоптоза в ткани семенника [19]. Поэтому снижение числа сперматогенных клеток, которое мы наблюдаем в эксперименте, может быть обусловлено не только задержкой дифференциации клеток, но и их гибелью.

1. Воздействие ^VICr в малых дозах на семенники крыс вызывает нарушения в процессе сперматогенеза, которые приводят к снижению его герминативной функции.

2. Повышение функциональной активности эндокриноцитов при воздействии ^VICr в дозах 2,8 и 0,28 мг/кг носит компенсаторно-защитный характер.

3. При всех исследуемых дозах выявлен мутагенный эффект ^VICr на половые клетки семенника.

4. Механизм действия ^VICr на семенники связан с активацией процессов ПОЛ в гонадах. Повышение уровня липопероксидации сопровождается подавлением антиоксидантной активности.

Конфликт интересов — отсутствует.

Источники финансирования: государственная организация.