Сперматогенез — сложный процесс, отражающий всю совокупность внутренних и внешних факторов, оказывающих влияние на разные его этапы. Неблагоприятные факторы внешней среды вызывают развитие окислительного стресса во всех тканях организма в той или иной степени, в том числе в тестикулярной ткани. Активные формы кислорода в физиологических концентрациях являются регуляторами сперматогенеза, подвижности сперматозоидов и взаимодействия с яйцеклеткой, однако их избыточное накопление в условиях оксидативного стресса приводит к повреждению генетического материала и мембран клетки [1]. Серьезный вклад в развитие заболеваний репродуктивного аппарата мужчин вносят неблагоприятные условия среды и труда. В последние годы возросла динамика мужского бесплодия — состояния, которое является следствием ряда заболеваний и патологических воздействий на репродуктивную систему мужчины. Его причины и структура до сих пор излагаются нечетко и противоречиво, несмотря на внушительный перечень факторов, нарушающих сперматогенез [2]. Актуальность изучения специфичности действия различных неблагоприятных факторов на сперматогенез продиктована тем обстоятельством, что до сих пор нет четких разграничений между степенью угнетения сперматогенеза под влиянием того или иного стресс-фактора. Более того, нет единой модели угнетения мужской репродуктивной функции, объясняющей включение различных составляющих репродуктивного аппарата в зависимости от направленности и силы действия неблагоприятного фактора. Последнее обстоятельство позволит направленно подойти к вопросу профилактики нарушений репродуктивной функции в условиях воздействия различных стрессорных факторов.

Цель настоящей работы — сравнительное исследование влияния различных неблагоприятных факторов на состояние сперматогенеза и уровень свободнорадикального окисления в эякуляте.

Обследованы 40 мужчин репродуктивного возраста (25—35 лет), обратившиеся по поводу отсутствия детей в браке в течение 2—3 лет. Для первичного установления причин указанного феномена все пациенты были разделены на четыре группы в зависимости от неблагоприятного фактора, действующего на них в силу разных обстоятельств (условия труда, быта). В 1-ю группу вошли работники нефтегазовой промышленности, во 2-ю — работники радиолокационных и телерадиовещательных объектов, в 3-ю — работники творческих профессий, в 4-ю — безработные и малоимущие лица (недостаточное и неполноценное питание). Для сравнения (контрольная группа) были обследованы физически здоровые мужчины аналогичного возраста, имеющие детей в браке.

Исследовали уровень свободнорадикального окисления в биологических жидкостях мужчин. Для этого измеряли уровень малонового диальдегида (МДА) в эякуляте и перекисный гемолиз эритроцитов в крови, взятой из вены [3]. Для определения уровня МДА в эякуляте 0,5 мл нативной спермы смешивали с 1,5 мл 1,2% KCl, добавляли 1 мл 40% раствора трихлоруксусной кислоты, затем пробы центрифугировали 10 мин при 5000 об/мин, далее следовали классической методике [4]. Для оценки кинетических показателей сперматозоидов сперму разводили физиологическим раствором в 20 раз, помещали каплю разбавленной спермы в счетную камеру Горяева и производили подсчет активно подвижных, слабоподвижных и неподвижных сперматозоидов при увеличении 200 [5]. Морфологическое состояние сперматозоидов оценивали, исследуя мазки разбавленной спермы; определяли (в %) дефекты головки, шейки и хвоста сперматозоидов [6]. Уровень половых гормонов (тестостерона, лютеинизирующего гормона — ЛГ, пролактина) определяли иммуноферментным методом. Статистическую обработку полученных данных выполняли с использованием критерия Стьюдента (t), различия считали достоверными при p<0,05 [7].

У всех мужчин, на которых действовал тот или иной неблагоприятный фактор, были обнаружены признаки развития окислительного стресса, что подтверждают данные измерения уровня перекисного гемолиза эритроцитов (ПГЭ) в крови и уровня МДА в эякуляте (табл. 1).

При этом следует отметить, что наиболее агрессивным неблагоприятным фактором оказался сероводородсодержащий природный газ, поскольку у работников нефтегазовой промышленности зафиксировано наибольшее усиление процессов свободнорадикального окисления (СРО). Развитие окислительного стресса за счет индуцирования радикалообразования под влиянием сероводородсодержащего газа Астраханского газового месторождения можно представить следующим образом [8] (см. формулу):

Образование пероксидного радикала HO2^• вызывает дальнейший каскад свободнорадикальных окислительных процессов, связанных с деструкцией ненасыщенных фосфолипидов мембран клеток и образованием различных продуктов окисления, в том числе агрессивных гидроксильных радикалов ^•OH. Следует отметить положительную коррелятивную связь между уровнем МДА и ПГЭ как показателей развития окислительного стресса в условиях воздействия неблагоприятных факторов. Кроме того, сам характер изменения уровней МДА и ПГЭ под влиянием различных неблагоприятных факторов во всех группах соответствовал высокому коэффициенту положительной корреляции r=0,993 (p<0,001), что свидетельствует об общих тенденциях развития оксидативного стресса в организме.

Анализ спермограмм показал, что во всех группах мужчин, где действовал конкретный неблагоприятный фактор, изменения коснулись количественных и микроскопических показателей сперматозоидов. Результаты исследований показали, что у работников нефтегазовой промышленности концентрация сперматозоидов была почти в 10 раз ниже таковой в контрольной группе (табл. 2).

Наименее агрессивным стрессовым фактором оказалось микроволновое излучение (работники радиолокационных и телерадиовещательных объектов, 2-я группа). Концентрация сперматозоидов в эякуляте была снижена умеренно, объем эякулята соответствовал нижним показателям нормы (около 2 мл), что означает одновременно умеренное снижение общего количества сперматозоидов (в среднем 29 млн).

Исследование микроскопических показателей сперматозоидов выявило следующее. В исследуемой группе работников нефтегазовой промышленности общая подвижность сперматозоидов оказалась более чем в 1,5 раза ниже таковой в контрольной группе (см. табл. 2). При этом следует указать, что снижение общей подвижности сперматозоидов было вызвано уменьшением относительного количества активно подвижных сперматозоидов (p<0,001). Относительное количество слабоподвижных и непоступательно подвижных сперматозоидов (категории В и С) не отличалось достоверно от контрольных значений. Однако относительное количество неподвижных сперматозоидов возросло почти на 43% относительно контрольных показателей (p<0,01). Более детальное исследование показало, что возрастание количества неподвижных форм сперматозоидов (категория D) произошло за счет прироста абсолютного и относительного числа мертвых клеток. Указанное обстоятельство свидетельствует в пользу ускоренного апоптоза сперматозоидов в условиях интоксикации природным и попутным нефтяным газами.

У мужчин с недостаточным и неполноценным питанием (4-я группа) наблюдалось также заметное снижение подвижности сперматозоидов по сравнению с контрольной группой (p<0,001). Однако в отличие от работников нефтегазовой промышленности у мужчин с недостаточным и неполноценным питанием количество активно подвижных сперматозоидов (категория А) было умеренно сниженным, в то время как количество слабоподвижных клеток (категория В) не отличалось от контрольных (нормативных) показателей (cм. табл. 2). Относительное количество непрогрессивно-подвижных (категория С) и неподвижных сперматозоидов (категория D) было повышено, что свидетельствует об усиленной динамике старения и апоптоза половых клеток у мужчин с неполноценным питанием. Таким образом, значительное снижение концентрации сперматозоидов на фоне прироста непрогрессивно-подвижных и неподвижных форм у работников нефтегазовой промышленности и у безработных и малоимущих мужчин коррелирует с усиленной динамикой процессов СРО в эякуляте.

У мужчин творческих профессий (3-я группа) была умеренно снижена подвижность сперматозоидов (p<0,01) за счет некоторого уменьшения относительного количества активно подвижных форм (p<0,05). Вместе с тем высока доля непрогрессивно-подвижных форм (категория С), которые представлены в основном патологическими клетками. У работников радиолокационных и телерадиовещательных объектов (2-я группа) относительное количество подвижных сперматозоидов (А + В) также умеренно снижено (p<0,05). Однако следует отметить, что по сравнению с контрольными показателями в этой группе мужчин отмечается изменение соотношения между активно подвижными и слабоподвижными сперматозоидами со сдвигом в сторону слабоподвижных клеток (категория В). Количество неподвижных сперматозоидов (категория D) несколько увеличено в сравнении с контрольными показателями (p<0,01). Относительное количество живых сперматозоидов не отличается от контрольных значений.

Морфологический анализ показал, что во всех группах мужчин, на которых действовал тот или иной неблагоприятный фактор, отмечалось снижение относительного количества нормальных сперматозоидов, особенно четко это прослеживалось у работников нефтегазовой промышленности и радиолокационных объектов (1-я и 2-я группы). Во всех группах дефекты коснулись в основном шейки и хвоста сперматозоидов (табл. 3). Если суммарный процент дефектов шейки и хвоста сперматозоидов в контрольной группе составил 10,3%, то в 1-й группе он был равен 17,2%, во 2-й — 17,7%, в 3-й — 13,9%, в 4-й — 14,4%.

Таким образом, наибольшее число дефектов было зафиксировано в 1-й и 2-й группах (работники нефтегазовой промышленности и работники радиолокационных и телерадиовещательных объектов). В наименьшей степени дефекты сперматозоидов отмечались у работников творческих профессий, а также безработных и малоимущих лиц с недостаточным или неполноценным питанием.

Изменения уровня половых гормонов под влиянием различных неблагоприятных факторов отражены в табл. 4.

Таким образом, у работников радиолокационных и телерадиовещательных объектов (2-я группа) уровень тестостерона и ЛГ не отличался от контрольных показателей. Вместе с тем в остальных группах мужчин зафиксированы достоверные изменения уровня тестостерона и ЛГ в сторону снижения, что свидетельствует об угнетении тестостеронпродуцирующей активности яичек в условиях воздействия ряда неблагоприятных факторов. Снижение тестостеронпродуцирующей активности яичек отрицательно сказывается на отдельных этапах сперматогенеза. Следует отметить положительную коррелятивную связь между уровнем тестостерона и ЛГ во всех группах мужчин, на которых действовал тот или иной неблагоприятный фактор. В группе мужчин творческих профессий (3-я группа) снижение уровня тестостерона было наиболее заметным. В то же время в этой группе зафиксировано достоверное повышение уровня пролактина, который был значительно выше контрольных показателей и превышал верхнюю границу нормальных значений. Указанный факт объясняет возможную причину снижения уровня тестостерона в крови под влиянием эмоционального стресса, поскольку известно, что пролактин угнетающе действует на продукцию тестостерона клетками Лейдига [9].

Обобщая все вышеприведенные факты, можно заключить, что у работников нефтегазовой промышленности наблюдаются все признаки угнетения сперматогенеза: резкое снижение концентрации сперматозоидов, снижение количества подвижных сперматозоидов за счет активных форм (категория А), увеличение доли неподвижных сперматозоидов (категория D) за счет мертвых клеток, общее снижение количества живых сперматозоидов и увеличение относительного количества дефективных клеток. Ведущими дефектами сперматозоидов были дефекты шейки и хвоста (почти в 2 раза превышающие таковые в контрольной группе). Наиболее частым дефектом хвоста сперматозоида был его облом. Одним из механизмов возникновения дефектов сперматозоидов можно считать усиление процесса липопероксидации, вследствие которого генерируется огромное количество свободных радикалов. Между тем известна четкая взаимосвязь между уровнем липопероксидации и оплодотворяющей способностью эякулята [10]. С другой стороны, в хвосте сперматозоидов содержится селенопептид с молекулярной массой 17,0 кД [11], который имеет важное структурное значение при сборке хвоста сперматозоидов за счет ассоциации с митохондриальной мембраной. Увеличение относительного содержания сперматозоидов с обломанным хвостом и снижение относительного содержания подвижных сперматозоидов под влиянием природного сероводородсодержащего газа Астраханского газоконденсатного месторождения, вероятно, объясняется замещением селена серой. Селен и сера имеют большое сходство между собой как элементы VI группы периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Однако в биологических системах свойства серы и селена значительно различаются. В результате функциональная роль селенопептида нарушается, что, очевидно, также определяет ухудшение морфокинетических характеристик сперматозоидов и отрицательно сказывается на оплодотворяющей способности эякулята.

В условиях недостаточного поступления питательных веществ в организм снижаются собственные ресурсы антиоксидантной системы. Это ведет к усилению радикалообразования. Последнее обстоятельство крайне отрицательно сказывается на качестве спермы безработных и малоимущих мужчин. Нехватка биоресурсов ведет к общему снижению уровня половых гормонов. Вместе с тем известно, что такой фактор, как безработица, также вызывает снижение уровня тестостерона, что в конечном счете отрицательно сказывается на сперматогенезе [12]. В результате существенно снижаются концентрация сперматозоидов и доля активно подвижных клеток, наиболее чувствительных к действию свободных радикалов.

Воздействие микроволнового излучения на организм сопровождается изменением устойчивости мембран сперматозоидов из-за эффекта усиления акустоэлектрических колебаний (колебаний Фрелиха) в мембранах. В результате запускаются стресс-реализующие системы, что ведет к усилению радикалообразования и разрушению мембранных элементов клеток. Сперматозоиды быстро теряют жизненные ресурсы (ускоряется старение, снижается жизнеспособность, возрастает общее число дефектов). Наиболее уязвимой частью оказывается элемент движения сперматозоидов — их хвост. Если кратковременное микроволновое излучение миллиметрового диапазона способно вызвать даже пролиферацию стволовых клеток, то длительное воздействие микроволнового излучения истощает ресурсы пролиферации [13]; в результате среди подвижных форм начинают доминировать слабоподвижные сперматозоиды (категория В). Неподвижные формы (категория D), очевидно, представлены умирающими и бесхвостыми сперматозоидами. Кроме того, длительное облучение способно снизить ресурсы антиоксидантной системы, в том числе витамина Е, что должно способствовать интенсификации свободнорадикальных окислительных процессов [14].

У мужчин творческих профессий, связанных с сильными эмоциональными переживаниями, высока доля функционально слабых половых клеток (категории С и D) по отношению к прогрессивно-подвижным формам (категории, А и В). При этом относительное количество непрогрессивно-подвижных форм (в основном патологических) заметно выше в сравнении с контрольными показателями. Данное обстоятельство свидетельствует об усиленной динамике старения сперматозоидов в условиях хронического эмоционального стресса. Механизм влияния эмоционального стресса на репродуктивную функцию довольно сложен: с одной стороны, запускаются общие механизмы развития окислительного стресса, с другой — подключаются центральные регуляторные механизмы на уровне гипоталамо-гипофизарного комплекса, обеспечивая эндокринные сдвиги в системе гипофиз—семенники [15]. Повышенный уровень пролактина вызывает угнетение тестикулярного андрогенопоэза, что отрицательно сказывается на сперматогенной функции. В результате угнетение сперматогенеза в условиях хронического эмоционального стресса носит интегральный характер.

Таким образом, воздействие различных неблагоприятных факторов сопровождалось усилением процессов СРО в эякуляте, что коррелировало с ухудшением морфокинетических показателей сперматозоидов и достоверным снижением их концентрации. Наиболее токсичными в отношении оплодотворяющих свойств эякулята оказались природный и попутный нефтяной газы, вызвав резкое снижение концентрации сперматозоидов и их подвижности за счет значительного уменьшения количества активно подвижных форм. В условиях недостаточного поступления питательных веществ усиление динамики СРО обусловлено снижением ресурсов антиоксидантной защиты. У работников творческих профессий при ведущей эмоциональной составляющей как фактора стресса угнетение сперматогенеза носит, очевидно, интегральный характер и обусловлено как усиленной динамикой процессов СРО, так и участием центральных регуляторных механизмов на уровне гипоталамо-гипофизарного комплекса. У работников радиолокационных и телерадиовещательных объектов существенные изменения коснулись морфологии сперматозоидов, обусловленные механическими повреждениями микроволнового излучения.

Проведенное исследование позволяет сформулировать два основных вывода:

1) между уровнем МДА в эякуляте и микроскопическими и количественными показателями сперматогенеза установлена четкая зависимость: чем выше уровень МДА в эякуляте, тем ниже концентрация сперматозоидов, их подвижность и жизнеспособность на фоне прироста относительного количества патологических форм;

2) степень токсичности того или иного неблагоприятного фактора определяется не только и не столько силой его действия, но также его направленностью по отношению к различным звеньям и компонентам репродуктивной системы.

Конфликт интересов — отсутствует.

Источник финансирования — личные средства.