Влияние однократного γ-облучения на морфологию семенников крыс

Данные отечественной и зарубежной литературы [1, 4, 5, 9] свидетельствуют об актуальности проблемы изучения воздействия радиационного излучения на мужскую репродуктивную систему. В частности, имеются данные [2, 4], что ткань семенников особенно чувствительна к воздействию ионизирующего излучения. Значительное ухудшение тестикулярной функции отмечено даже после облучения в низких дозах [9, 11] с появлением в ткани признаков окислительного стресса и апоптоза, прежде всего — в половых клетках [11, 13]. Показано также, что доза облучения 0,25 Гр повышает риск вырождения, способствует развитию дистрофии, появлению морфологических и функциональных изменений в семенниках, а иногда — необратимых нарушений внутриклеточного гомеостаза в сперматоцитах [11, 14].

Наиболее чувствительными к радиации клетками семенников являются сперматогонии, в то время как наиболее устойчивыми — сперматозоиды [8, 14]. После облучения в умеренных дозах способность мужчин к воспроизведению потомства снижается не сразу, так как сперматозоиды остаются сравнительно подвижными. Если же повреждены сперматогонии, то вскоре наступает полная стерильность, поскольку сперматогенный эпителий обладает способностью к непрерывному обновлению клеток, обладающих различной чувствительностью к радиации, и по этой причине является удобной моделью для исследования радиационных эффектов и оценки их последствий, которые могут вызвать бесплодие и передаться следующему поколению [2, 11, 14].

Важно отметить, что не все клетки семенников одинаково чувствительны к облучению. Особо чувствительными, как установлено, являются клетки Сертоли и Лейдига [6, 8]. Воздействие даже очень малых доз радиации (0,1 Гр), но на протяжении всей жизни приводит к значительному уменьшению количества клеток Лейдига. Следует иметь в виду, что особенно чувствительны к облучению сперматогонии семенников молодых людей, в результате которого может наступить сперматогониальное истощение и прекращение пролиферации [11, 16]. B. Wangа и соавт. [16] отметили, что радиочувствительность зародышевых клеток выше во время эмбрионального возраста, но уменьшается после рождения.

Следовательно, имеющиеся в литературе материалы по изучению воздействия γ-излучения на семенники крыс-самцов свидетельствуют о возникновении серьезных морфофункциональных нарушений в семенниках, что представляет существенную опасность для структуры и функции семенников.

Таким образом, к настоящему времени деструктивные эффекты действия длительного γ-облучения на семенники рассмотрены в литературе в достаточной мере. В то же время недостаточно изучены морфологические изменения в тканях семенника при однократном γ-облучении, хотя на практике это более частый и менее защищенный вариант радиационного воздействия.

Цель исследования — изучить состояние морфологии семенников крыс при дозе 1,0 Гр общего однократного γ-облучения.

Исследования проводились на 60 беспородных половозрелых белых крысах-самцах линии Wistar массой 200—220 г в соответствии с требованиями нормативных актов международной практики проведения лабораторного эксперимента. Предварительно крысы были разделены на три группы по 16 животных в каждой. Животные контрольной группы (n=12) облучению не подвергались. Животных опытных групп облучали с помощью установки ИГУР-1 однократно. Доза облучения составляла 1,0 Гр, что соответствовало мощности 0,92 Гр/мин. Опытные группы (n=16) обозначали как 3с, 10с и 90с, что соответствовало суткам наблюдения, т. е. забой животных проводили по истечении 3, 10 и 90 сут с момента облучения.

После забоя выделенные семенники крыс для морфологических исследований фиксировали в 10% нейтральном формалине и заливали парафином. Далее готовили гистологические срезы толщиной 6—7 мкм, которые окрашивали гематоксилином и эозином. В полученных образцах подсчитывали количество поперечно срезанных извитых семенных канальцев, определяли типы канальцев. Количественная оценка морфологических изменений сперматогенеза проводилась в 100 поперечно срезанных извитых канальцах семенников животных контрольной группы и трех подопытных групп — после облучения в дозе 1,0 Гр.

Извитые семенные канальцы по степени деструкции сперматогенного эпителия были разделены на пять типов [2]:

I тип — извитые канальцы с нормальным строением, содержащие клетки разной степени дифференцировки, располагавшиеся концентрически в соответствии со стадиями развития;

II тип — канальцы с признаками легких деструктивных нарушений структуры сперматогенного эпителия;

III тип — канальцы, имеющие выраженные повреждения сперматогенного эпителия;

IV тип — опустошенные канальцы;

V тип — канальцы с незавершенным сперматогенезом, но без признаков дегенерации половых клеток.

Статистическую обработку полученных данных проводили с помощью компьютерной программы Statistica for Windows 5.0.

Установлено, что при однократном γ-облучении в дозе 1,0 Гр в семенниках экспериментальных животных обнаруживается достоверное уменьшение количества извитых канальцев, а также изменение соотношений между канальцами I—IV типа (см. таблицу,

Существенные изменения структуры сперматогенного эпителия канальцев были выявлены уже спустя 3 сут после облучения крыс. Как видно из таблицы, в семенниках крыс группы 3с присутствовали извитые канальцы II, III и IV типов, и практически не наблюдалось канальцев с нормальным строением, т. е. канальцев I типа. Наибольший процент извитых канальцев в семенниках крыс групп 3с и 10с был представлен канальцами III типа с выраженными признаками повреждения сперматогенного эпителия. Канальцы III типа у животных группы 3с составили 93,8%, а у животных группы 10с — 82,3% против 1,9% в контроле (см. рисунок,

Морфологически в канальцах III типа в основной массе сперматид и сперматоцитов имели место различные признаки дегенерации (см. рисунок, б). Эти клетки, как правило, имели множественную вакуолизацию цитоплазмы. В отдельных половых клетках удавалось наблюдать гиперхромность ядра, но в большинстве случаев отмечали признаки ядерного лизиса. Границы между клетками сперматогенного эпителия становились нечеткими. Многие из них, утратив связь с поддерживающими клетками (клетки Сертоли), выпадали в просвет канальцев, где вследствие лизиса полностью теряли ядерный аппарат. Такие изменения, предположительно, могли быть обусловлены прямым влиянием радиации на межклеточные контакты сперматогенного эпителия. В эпителии канальцев на месте погибших сперматоцитов нередко возникали полости округлой формы. В ряде случаев происходило заполнение просветов извитых канальцев III типа клеточным детритом, состоящим из погибших сперматозоидов, сперматогоний и сперматоцитов. В некоторых канальцах отмечалось появление семенных шаров — крупных структур с множественными, часто пикнотичными ядрами или их фрагментами с интенсивно окрашенной цитоплазмой. Семенные шары, как известно, образуются за счет слияния сперматид в сперматогенном эпителии с последующим их отторжением в просвет канальцев [3, 7].

В некоторых канальцах III типа наблюдали изменения структуры клеток Сертоли. Многие из них теряли часть своей цитоплазмы в связи с ее отторжением в просвет канальцев вместе с дегенеративно изменившимися сперматоцитами, сперматидами и сперматозоидами. Часть клеток сперматогенного эпителия оставалась прикрытой цитоплазмой клеток Сертоли, что, как известно, крайне важно для реализации их барьерной функции [11].

Как отмечалось, ко II типу канальцев были отнесены канальцы с признаками легкого нарушения сперматогенеза в отдельных клетках. Деструктивные изменения в этих канальцах проявлялись прежде всего изменениями на уровне ядерного аппарата клеток сперматогенного эпителия (кариорексис, кариопикноз, кариолизис). Содержание канальцев II типа у крыс контрольной группы составило 20,5%. По завершении 3 сут после облучения животных их количество достоверно снижалось до 2,3%.

Спустя 10 сут с момента облучения в срезах семенников находили канальцы 4 типов — I, II, III и IV. Однако, как видно из таблицы, канальцы с нормальным строением (I тип) и с признаками легкого нарушения сперматогенеза (II тип) в группе 10с встречались гораздо реже, чем в контроле. Канальцы I типа составляли лишь 1,6% против 77,0% в контрольной группе. Процент канальцев II типа у животных группы 10с составил 3,3. Таким образом, процент канальцев с признаками легкого нарушения сперматогенеза у животных через 10 сут превышал таковой для группы 3с, но был значительно ниже контроля. Следует отметить, что через 10 сут опыта в срезах семенников преобладали канальцы III типа (см. рисунок, в) — 82,3% от общего числа. При этом процент канальцев IV типа возрастал до 6,1 (в контроле — 0,6%).

К IV типу извитых канальцев были отнесены опустошенные извитые семенные канальцы с диаметром в несколько раз меньшим, чем у канальцев других типов (см. рисунок, г). Пристеночно в большинстве канальцев IV типа сохранялось некоторое количество сперматогоний и часть сустентоцитов, но последние были лишены основной части своей цитоплазмы и уплощены.

Спустя 90 сут с момента облучения животных морфологическая картина в семенниках заметно улучшалась. Отмечали положительную динамику прироста процентного содержания канальцев с нормальным строением (I тип). Несмотря на то что процент этих канальцев все еще был в 2 раза ниже, чем в контроле, в сравнении с другими группами животных показатель становился существенным (38,2%). Канальцы II типа у животных этой группы составили примерно такое же количество (39,7%). Обращает на себя внимание факт значительного снижения на момент завершения опыта, т. е. через 90 сут, в семенниках крыс процентного содержания канальцев III типа. Следует подчеркнуть, что спустя 3 и 10 сут после облучения канальцы III типа в семенниках составляли абсолютное большинство.

В соответствии с полученными данными морфологического исследования можно предположить, что отсутствие канальцев I типа в семенниках животных группы 3с свидетельствовало о формировании наиболее тяжелых деструктивных изменений в состоянии сперматогенного эпителия на момент завершения 3 сут с момента облучения животных. Тем не менее появление в семенниках крыс, относящихся к группе 10с, по сравнению с группой 3с канальцев с нормальным строением (I тип), увеличение процентного содержания канальцев II типа наряду со снижением процента канальцев III типа свидетельствовало о тенденции к восстановлению сперматогенного эпителия к 10-м суткам эксперимента.

Через 90 сут после γ-облучения животных морфологическая картина существенно менялась. И хотя в срезах семенников крыс можно было обнаружить канальцы всех типов, канальцы I и II типов составляли абсолютное большинство. Однако в отличие от контроля, несмотря на то что процент канальцев I типа в указанной группе на этом этапе эксперимента все еще не достигал уровня контроля и был примерно в 2 раза ниже этой величины в сравнении с показателями, полученными во всех остальных группах животных, он был наиболее высоким — 38,3±1,9%. Также было отмечено, что для животных группы 90с процент канальцев II типа (39,8±1,9) был практически равен таковому для канальцев I типа. Обращает на себя внимание и тот факт, что через 90 сут после облучения животных в семенниках крыс значительно снижался процент канальцев III типа.

Следует также отметить, что спустя 3 и 10 сут после облучения животных в указанной дозе в их семенниках канальцы III типа составляли абсолютное большинство.

Известно, что появление канальцев V типа (канальцы с незавершенным сперматогенезом, но без признаков дегенерации половых клеток) также служит подтверждением начала восстановительных процессов в семенниках. В наших экспериментах у животных опытных групп на 3-и и 10-е сутки канальцы данного типа отсутствовали (см. таблицу). Через 90 сут с момента облучения канальцы V типа в семенниках составляли уже 1,8±0,06%. Эти данные позволили высказать предположение об активации в семенниках с 10-х по 90-е сутки после однократного общего γ-облучения комплекса компенсаторно-приспособительных процессов и восстановительных реакций. Однако следует отметить, что у животных опытных группы на 90-е сутки восстановление сперматогенного эпителия канальцев семенников не достигает контрольных показателей.

Итак, обобщая данные литературы и собственные результаты изучения влияния ионизирующего излучения на морфологию тестикул, можно сделать заключение, что клеточные элементы всех стадий сперматогенеза являются чувствительными к радиации. Оно согласуется с имеющимся мнением, что под воздействием ионизирующего излучения в дозе 1,0 Гр уже через 12 ч после облучения отмечается аномально низкое число сперматогоний [12]. Исследования этих авторов [12] позволили обнаружить также снижение содержания сперматогоний типов A и B, относящихся к категории высокочувствительных к радиации клеток, в то время как сперматоциты, сперматиды и сперматозоиды, как было установлено, обладают достаточно высокой радиорезистентностью. Однако, по мнению ряда авторов [10], самыми радиочувствительными среди сперматогоний являются недифференцированные сперматогонии, именуемые также стволовыми клетками. Показано, что после воздействия γ-излучения в дозах порядка 0,9—3,0 Гр дифференцировка сперматогоний полностью прекращается. Истощение сперматогоний в последующем закономерно отражается в снижении продукции сперматозоидов.

Таким образом, полученные данные свидетельствуют в пользу повышенной чувствительности ткани семенников крыс к действию однократного γ-излучения (1,0 Гр), что было подтверждено дестабилизацией большинства клеток сперматогенного эпителия и, как результат, изменениями структуры канальцевого аппарата половых желез. И надо полагать, что снижение количества семенных канальцев было обусловлено преимущественно развитием отека межканальцевой стромы семенников и деструктивными изменениями в клетках сперматогенного эпителия.

1. Ранним признаком деструктивного влияния облучения на семенники являются морфологические изменения сперматогенного эпителия спустя 72 ч, которые выражаются в присутствии извитых канальцев II, III и IV типов и практическом отсутствии канальцев с нормальным строением, т. е. I типа.

2. Через 10 сут после облучения в семенниках находили канальцы 4 типов — I, II, III и IV. Канальцы с нормальным строением (I тип) и с признаками легкого нарушения сперматогенеза (II тип) встречались в группе 10с гораздо реже, чем в контроле.

3. Через 90 сут после однократного общего γ-облучения крыс в семенниках наблюдали восстановление процентного содержания канальцев с нормальным строением. Канальцы I и II типов составляли абсолютное большинство по сравнению с контрольными, также отмечено появление канальцев V типа с незавершенным сперматогенезом, но без признаков дегенерации половых клеток (1,8%).

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования — М.Б.

Сбор и обработка материала — М.А.

Статистическая обработка — М.А.

Написание текста — М.А.

Редактирование — Р.Ш., Т.Д.

Сведения об авторах

Аль Меселмани Моханад — к.б.н., асс. каф. гистологии УО ФГБОУ ВО «Дагестанский государственный медицинский университет», ул. Шамсулы Алиева 1, Махачкала, Дагестан, Россия, 367000; тел:+7 989 876 0386; e-mail: drmohanad@hotmail.com/drmouhand78@inbox.ru; AlMeselmaniMohanad —PhD. Department of Histology, Dagestan State Medical University. 1 Shamsuly Alieva St. Makhachkala, Republic of Dagestan, Russia, 367000; Phone: +7989-8760386; e-mail address: drmohanad@hotmail.com, drmouhand78@inbox.ru

Бакуев Максудин Маккидинович — д.м.н., проф., зав. каф. гистологии УО ФГБОУ ВО «Дагестанский государственный медицинский университет», ул. Шамсулы Алиева 1, Махачкала, Дагестан, Россия, 367000; BakuevMaksudinMakkidinovich, Dr. Med. Sci., Prof. Department of Histology, Dagestan State Medical University. 1 Shamsuly Alieva St. Makhachkala, Republic of Dagestan, Russia, 367000;

Шахбанов Руслан Казбекович — к.м.н., доц. каф. гистологии УО ФГБОУ ВО «Дагестанский государственный медицинский университет», ул. ШамсулыАлиева 1, Махачкала, Дагестан, Россия, 367000 Shakhbanov Ruslan Kazbekovich — PhD. Department of Histology, Dagestan State Medical University. 1 Shamsuly Alieva St. Makhachkala, Republic of Dagestan, Russia, 367000

Дибиров Тагир Муратович — асс. каф. гистологии УО ФГБОУ ВО «Дагестанский государственный медицинский университет», ул. ШамсулыАлиева 1, Махачкала, Дагестан, Россия, 367000; Dibirov Tagir Muratovich — assistent Department of Histology, Dagestan State Medical University. 1 Shamsuly Alieva St. Makhachkala, Republic of Dagestan, Russia, 367000