Влияние ацетил-L-карнитина на репродуктивную систему крыс-самцов Wistar, подвергнутых электромагнитному воздействию от мобильного телефона

За последние годы значительно повысилась антропогенная нагрузка на окружающую среду. Ее основными загрязнителями выступают многочисленные физические и химические факторы, обладающие высокой биологической активностью и оказывающие негативное влияние на организм. Среди них все большую роль приобретает электромагнитное излучение (ЭМИ), создаваемое мобильной связью (сотовые телефоны и базовые станции) и Интернетом (оборудование WiFi), существенно изменившие среду обитания человека. Несмотря на низкую (нетепловую) интенсивность этого излучения, оно способно вызывать биологические эффекты в организме, и поэтому возникает обоснованное беспокойство по поводу экологической опасности этого воздействия на здоровье человека.

К настоящему времени появилось немало исследований [1, 2—7], в которых показано неблагоприятное действие ЭМИ мобильного телефона на функциональное состояние ЦНС и другие системы организма человека и животных, в том числе мужскую репродуктивную, которая является одной из наиболее чувствительных к неблагоприятным факторам окружающей среды.

Международное агентство по изучению рака (IARC) Всемирной организации здравоохранения в 2011 г. классифицировало электромагнитное поле мобильных телефонов как возможно канцерогенный фактор для населения, присвоив им группу канцерогенной опасности 2 В [8].

Таким образом, потенциальная опасность облучения электромагнитным полем мобильной связи всех слоев населения и особенно детей выдвигает необходимость поиска защитных средств, позволяющих предотвратить неблагоприятное влияние этого воздействия. Разработка биологических методов эффективной защиты организма от ЭМИ — одна из актуальных проблем в связи с глобальным распространением мобильных телефонов и других средств беспроводной связи.

В последнее время появился ряд экспериментальных исследований [9—12], в которых рассматриваются пути нормализации выявленных нарушений в организме, в том числе в тестикулярной ткани и эпидидимальных сперматозоидах животных, облученных в диапазоне мобильной связи, при введении в организм таких известных антиоксидантов, как мелатонин, витамины С и Е, а также некоторых экстрактов растений.

Их применение обосновано антиоксидантной защитой сперматозоидов от повреждающих эффектов активных форм кислорода (АФК), которые являются причиной возникновения окислительного стресса в клетках под влиянием ЭМИ [13]. Не меньший интерес может представлять изучение возможных защитных свойств при электромагнитном воздействии такого биологически активного вещества, как L-карнитин и ацетил-L-карнитин, которые применяются для нормализации репродуктивной функции у мужчин при различных формах патологии [14—16].

Цель работы — исследовать протекторные свойства ацетил-L-карнитина на развивающуюся репродуктивную систему крыс-самцов, подвергнутых ЭМИ от мобильного телефона (1745 МГц, ППЭ 0,2—20 мкВт/см², x̃ = 7,5±0,34 мкВт/см²) в течение месяца.

Опыты проводили на белых крысах линии Wistar (исходный возраст 52—54 дня, масса 174,38±1,19 г, всего 48 животных), находившихся в виварии при естественном световом режиме, на стандартном пищевом рационе и имеющих свободный доступ к питьевой воде. Исследования выполняли согласно методическим руководствам и нормативным документам Европейской конвенции по защите позвоночных животных, использованных в экспериментальных исследованиях (1997). Животных выводили из эксперимента с соблюдением требований «Международных рекомендаций по проведению медико-биологических исследований с использованием животных» (1997).

Все животные были разделены на три группы (в каждой по 16):

1-я группа — интактный контроль;

2-я группа — животные, которых подвергали электромагнитной экспозиции от мобильного телефона (1745 МГц, ежедневно, 8 ч в день, фракциями по 30 мин с интервалом 5 мин). Облучение осуществляли на протяжении 30 дней;

3-я группа — животные, подвергнутые электромагнитному воздействию от мобильного телефона, как описано выше, и получавшие ацетил-L-карнитин в дозе 7 мг/кг, через день на протяжении 30 дней.

Оценку состояния репродуктивной системы крыс-самцов проводили в 1-е и 30-е сутки после прекращения электромагнитного воздействия.

Электромагнитное воздействие на животных в диапазоне мобильной связи (1745 МГц) осуществляли с помощью экспериментальной установки. Источником ЭМИ являлся мобильный телефон «Nokia», подключенный к компьютеру с сервисной программой Win Tesla, позволяющей управлять его работой. Условия облучения животных: несущая частота 1745 МГц (в режиме имитации разговора), т. е. близкая по своим характеристикам к излучению мобильного телефона, воздействующему на пользователя стандарта GSM. Телефон размещался в центральной части рабочей зоны (1×0,7 м), в которой находились 4 пластиковые клетки с животными. Во время облучения осуществлялся дистанционный контроль наличия электромагнитного поля. Плотность потока электромагнитной энергии (ППЭ) в клетке измерялась прибором ПЗ-41 и находилась в пределах 0,2—20,0 мкВт/см² (в зависимости от удаленности до антенны мобильного телефона), составляя в среднем 7,5±0,34 мкВт/см².

Ацетил-L-карнитин (Sigma-Aldrich) в дозе 7 мг/кг облучаемые животные получали перорально, утром, натощак, через день в течение 30 дней.

Перед опытом животных взвешивали и после их декапитации выделяли семенники, эпидидимисы и семенные пузырьки, массу которых оценивали с последующим расчетом относительной массы выделенных органов. В суспензии тестикулярной ткани методом проточной цитометрии (цитофлюориметр Cytomics FC 500, «Beckman Coulter», США) клеточные популяции сперматогенных клеток (по содержанию ДНК) были классифицированы как сперматогонии (2С), прелептотенные сперматоциты (сперматоциты в S-фазе), сперматоциты I порядка (4С), круглые (1С), удлиненные (НС1) и продолговатые сперматиды (НС2) [17].

Из эпидидимиса выделяли сперматозоиды, количество которых подсчитывали в камере Горяева [18], определяли их жизнеспособность [19], индекс DFI (фрагментация ДНК) [20], число апоптотических и некротических сперматозоидов по [21] и содержание фруктозы в семенных пузырьках [22].

Для обработки и статистического анализа полученных данных применяли пакет программ Statistica 10.0 («StatSoft, Inc.», США). Данные по характеру распределения признаков в выборочных совокупностях представлены как среднее и стандартная ошибка средних значений (Me±Sem). В качестве критерия однородности применялся однофакторный дисперсионный анализ (one-way ANOVA). Для проведения апостериорных сравнений в рамках конкретных дисперсионных комплексов использовали критерий Тьюки (Tukey’s test). Различия считали достоверными при р<0,05.

Установлено, что в начальном периоде (1-е сутки) электромагнитная экспозиция не оказывает существенного влияния на массу органов репродуктивной системы крыс-самцов, также как и у животных, подвергнутых воздействию ЭМИ и получавших ацетил-L-карнитин (табл. 1). На 30-е сутки после воздействия у облученных животных наблюдается достоверное повышение абсолютной и относительной массы семенных пузырьков, а у тех из них, которым в период электромагнитного воздействия вводили препарат, выявляется более значительное повышение не только массы семенных пузырьков, но также и относительной массы семенников (см. табл. 1).

Количественный анализ популяций сперматогенных клеток в 1-е сутки после экспозиции животных показывает преимущественно достоверное увеличение числа клеток начальных этапов дифференцировки вплоть до образования круглых сперматид ‒ гаплоидных клеток, в которых содержится одинарный набор хромосом и соответственно уменьшенное в 2 раза количество ДНК (табл. 2). Однако на стадии последующей трансформации сперматид от удлиненных (НС1) к продолговатым (НС2), которые также являются гаплоидными клетками, наблюдается снижение количества этих клеток по сравнению с контролем на 12,1 (p<0,05) и 7,6% соответственно. Характер направленности процесса сперматогенеза в сторону его ускорения на начальных этапах дифференцировки клеток сохраняется и в отдаленном периоде после облучения (30-е сутки).

В различные сроки после прекращения электромагнитной экспозиции (1-е и 30-е сутки) у животных, получавших препарат, существенных различий в количественном составе популяций сперматогенных клеток по сравнению с таковым только у облученных крыс не выявляется, т. е. в их тестикулярной ткани также происходит ускорение процесса сперматогенеза, начиная с дифференцировки сперматогоний до круглых сперматид включительно, и его угнетение на последующих стадиях (НС1 и НС2).

Однако анализ кинетики отношения клеток постмейотической стадии к клеткам премейотическим, которое отражает полный переход от сперматогоний (2С) к круглым сперматидам (1С) [17], указывает на тенденцию к частичной нормализации этого показателя по сравнению с электромагнитной экспозицией при применении ацетил-L-карнитина (рис. 1).

Количество эпидидимальных сперматозоидов в 1-е сутки после электромагнитного воздействия несколько снижается (93,1% к контролю), в то время как ацетил-L-карнитин у облученных животных вызывает достоверное повышение их количества. Положительное действие препарата на исследуемый показатель сохраняется при электромагнитной экспозиции и в отдаленном периоде (рис. 2).

Анализ жизнеспособности зрелых половых клеток при электромагнитном воздействии (1745 МГц) свидетельствует о ее снижении в различные сроки после экспозиции, а применение ацетил-L-карнитина способствует восстановлению этого показателя, особенно значительно в первый срок наблюдения.

Установлено, что в 1-е и на 30-е сутки после электромагнитного воздействия животных выявляется существенное повышение гибели эпидидимальных сперматозоидов путем как апоптоза, так и некроза, а у облученных крыс-самцов, получавших ацетил-L-карнитин, гибель половых клеток в начальном периоде повышается несколько больше, чем при электромагнитном излучении. Тем не менее в отдаленном периоде (30-е сутки) препарат значительно снижал программированную гибель эпидидимальных сперматозоидов, но не влиял на некроз клеток (рис. 3). Антиатотические свойства L-карнитина на половые клетки у крыс выявляются после внешнего облучения в больших дозах [23].

Электромагнитная экспозиция (1745 МГц) не оказывает влияния на величину индекса DFI (маркер повреждения ДНК) в эпидидимальных сперматозоидах в 1-е и на 30-е сутки после прекращения облучения, что свидетельствует о недостаточности энергии этого излучения, чтобы вызвать прямое нарушение структуры ДНК в зрелых половых клетках. Следует отметить, что введение ацетил-L-карнитина в дозе 7 мг/кг (через день, 30 дней) приводило к снижению индекса DFI как у контрольных, так и у облученных животных, что обусловлено влиянием препарата, который повышает уровень антиоксидантной системы, защищая половые клетки от АФК. Это подтверждается данными об улучшении значения индекса DFI в сперматозоидах человека при приеме препаратов, содержащих L-карнитин [24, 25].

Нормализующее действие ацетил-L-карнитина у облученных животных от мобильного телефона (1745 МГц) обнаруживается также на содержании фруктозы в семенных пузырьках в отдаленном периоде. Фруктоза является основным энергетическим источником энергии для метаболизма и движения сперматозоидов, уровень которой в контроле в этот период составляет 5,65±0,87 ммоль/л. У облученных животных на 30-е сутки содержание фруктозы снижается до 5,03±0,61 ммоль/л, в то время как при использовании препарата оно достигает 6,04±0,79 ммоль/л, тем самым создавая более благоприятные условия для энергетического обеспечения клеток.

Таким образом, ацетил-L-карнитин в дозе 7 мг/кг оказывает положительное влияние на нормализацию некоторых исследуемых показателей репродуктивной системы животных в различные сроки после длительного электромагнитного воздействия от мобильного телефона (1745 МГц). В большей степени это проявляется в восстановлении количества и жизнеспособности эпидидимальных сперматозоидов. В отдаленном периоде под влиянием препарата наблюдается снижение программированной гибели клеток и превышение уровня фруктозы в семенных пузырьках не только по сравнению с облученными животными, но также по отношению к контрольному уровню. Кроме того, анализ соотношения гаплоидных (круглых сперматид, 1С) и диплоидных (сперматогонии, 2С) клеток в тестикулярной ткани крыс указывает на положительную динамику этого показателя, приближающуюся к контрольным значениям в случае использования препарата. Необходимо также отметить улучшение индекса DFI (фрагментация ДНК) в эпидидимальных сперматозоидах при применении ацетил-L-карнитина, что связано, по-видимому, с защитой структуры ДНК от свободных радикалов. Полученные данные позволяют сделать вывод о перспективности использования ацетил-L-карнитина для защиты мужской репродуктивной системы при длительном электромагнитном воздействии в диапазоне мобильной связи (1745 МГц).

1. Электромагнитная экспозиция от мобильного телефона (1745 МГц, 8 ч в день, 30 дней) крыс-самцов Wistar вызывает ускорение начальных этапов дифференцировки сперматогенных клеток, повышение числа круглых и некоторое снижение количества сперматид последующих этапов трансформации, уменьшение числа и жизнеспособности эпидидимальных сперматозоидов, ускорение гибели половых клеток путем апоптоза и некроза, снижение уровня фруктозы в семенных пузырьках.

2. Введение ацетил-L-карнитина в дозе 7 мг/кг (через день в течение 30 дней) оказывает в основном нормализующее действие на исследуемые показатели репродуктивной системы у облученных животных, в том числе восстанавливает количество эпидидимальных сперматозоидов и их жизнеспособность в 1-е и на 30-е сутки, а в отдаленном периоде (30-е сутки) снижает число апоптотических клеток и повышает содержание фруктозы в семенных пузырьках.

3. При использовании ацетил-L-карнитина в указанной дозе выявляется улучшение индекса DFI (фрагментация ДНК) в эпидидимальных сперматозодиах как у контрольных, так и у облученных животных.

4. Выявленная высокая эффективность ацетил-L-карнитина позволяет его рассматривать в качестве одного из перспективных средств для защиты репродуктивной системы при ЭМИ в диапазоне сотовой связи, а возможно, и при действии других физических факторов окружающей среды.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Источник финансирования: ГНУ «Институт радиобиологии НАН Беларуси», Государственная программа научных исследований (ГПНИ) Республики Беларусь на 2016—2020 гг.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования — Г. В.

Сбор и обработка материала — Н.Ч., Е.Ц., М.Б.

Статистическая обработка — Н.Ч., Е.Ц., М.Б.

Написание текста — Г. В., Н.Ч.

Редактирование — Г. В., Н.Ч.