Мужская репродуктивная система является одной из наиболее радиочувствительных систем в организме [1, 2]. Облучение в зависимости от дозы вызывает устойчивое поражение семенников, временную и полную стерильность, мутации в половых клетках. Устойчивое поражение гонад у самцов млекопитающих наблюдается при облучении организма в дозе 2 Гр и выше [3]. На основании данных, полученных в результате клинических исследований мужчин — участников ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС, выявлены заметные отклонения по ряду показателей сперматогенеза [4]. Показано, что нарушения функционирования мужской репродуктивной системы у участников ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС сохраняются в течение 14 лет [5]. Примерно у 20% обследованных отмечены олигоспермия, астеноспермия, некроспермия или патозооспермия, иногда сочетание этих нарушений. У ликвидаторов наблюдались изменения в гипофизарно-адреналовой системе и снижение коэффициента воспроизводства. У детей ликвидаторов последствий аварии на ЧАЭС частота врожденных пороков развития достоверно выше, чем в среднем по Российской Федерации [6]. В связи с тем, что повреждающее действие облучения на мужскую репродуктивную функцию доказано, возникает необходимость в ее противолучевой защите. При этом следует учитывать, что проблема защиты сперматогенеза неотделима от противолучевой защиты организма в целом. Так, усиление противоопухолевого действия ионизирующего излучения возможно при повышении дозы облучения на фоне применения протекторов для преимущественной защиты критических органов и тканей. Следует отметить, что эффективность применения химических протекторов для защиты мужской репродуктивной системы от повреждающего действия радиации значительно ниже, чем для защиты всего организма. Наличие гематотестикулярного барьера препятствует проникновению препаратов в половые железы, вследствие чего содержание их в гонадах гораздо ниже, чем в кроветворных органах [7]. Ведущая роль в механизме патогенеза лучевого поражения принадлежит окислительному стрессу, который проявляется в усилении перекисного окисления липидов и снижении активности различных компонентов антиоксидантной системы. Поэтому возрастает интерес к веществам, которые оказывают антиоксидантное действие и инактивируют свободные радикалы. Самую многочисленную группу радиопротекторов составляют серосодержащие аминокислоты и аминотиолы (цистеин, цистеамин, цистамин), защитный эффект которых в условиях лучевого воздействия связан, прежде всего, с их способностью подавлять процессы свободнорадикального окисления и повышать активность антиоксидантных систем организма. Следует отметить, что аминотиолы обладают противолучевой защитой в условиях острого лучевого воздействия и при рентгенотерапии с использованием высоких доз облучения [8].

Интегральным показателем противолучевой эффективности радиопротекторов служит величина так называемого фактора изменения дозы (ФИД), который показывает, во сколько раз изменяется значение равноэффективных доз облучения при применении препаратов, являющихся радиопротекторами. В качестве равноэффективных доз обычно используют для сравнения полулетальные дозы облучения (ЛД₅₀), т. е. дозы, вызывающие гибель 50% облученных животных. У наиболее эффективных радиопротекторов ФИД колеблется в диапазоне 1,5—2,0. Однако токсичность радиопротекторов является основным фактором, ограничивающим их широкое практическое использование. В настоящее время имеется ограниченное количество средств, обладающих радиопротекторными свойствами в отношении мужской репродуктивной системы, особенно при облучении в малых и сублетальных (субклинические) дозах. Среди аминотиолов цистеин обладает самыми высокими антиоксидантными свойствами, он способен повышать общую неспецифическую резистентность организма, стимулируя эндогенный фон резистентности, и проникать через гематотестикулярный барьер [9]. Для цистеина ФИД составляет 1,5 (в исследованиях на мышах). Защитный эффект цистеина у мышей и крыс при внутрибрюшинном введении за 15 мин до облучения в летальных дозах проявляется в диапазоне доз от 900 до 1200 мг/кг [10]. При увеличении дозы вводимого препарата возрастает его токсическое действие.

При оценке эффективности действия радиопротекторов на состояние репродуктивной системы широко используются количественный и морфологический анализ семенников и сперматозоидов. Общепризнанным тестом для оценки мутагенного действия различных факторов на половые клетки млекопитающих является определение числа сперматозоидов с аномальными головками. Изучение влияния мутагенного воздействия на половые клетки у мыши дает возможность экстраполяции данных на человека [11].

Цель исследования — сравнительная оценка морфологических изменений структурных компонентов семенника и сперматозоидов у мышей линии BALB/c после облучения в дозе 1 грэй (Гр) с предварительным введением цистеина и без его применения.

Эксперименты проводили на половозрелых самцах линии BALB/c (n=250). Животных разделили на три группы: 1-я — контрольная, в нее включены мыши, которых не подвергали облучению; 2-я — мыши, получившие облучение в дозе 1 Гр; 3-я — мыши, получившие цистеин в дозе 900 мг/кг внутрибрюшинно и (через 15—20 мин) облучение в дозе 1 Гр. Вивисекцию животных производили путем дислокации шейных позвонков на 4, 8, 16, 24, 48-е сутки после облучения в соответствии с методическими указаниями по биоэтике [12]. Оценивали динамику морфологических изменений структурных компонентов семенников и сперматозоидов.

Морфологическое исследование семенников проводили на микропрепаратах, окрашенных гематоксилином и эозином по Майеру, количественный анализ сперматогенных клеток и эндокриноцитов — в суспензии семенника [13]. Количество сперматозоидов подсчитывали в камере Горяева, для морфологического анализа сперматозоидов их извлекали из каудальной части эпидидимиса, изготавливали обычным способом мазок и окрашивали эозином [14]. Проводили подсчет сперматозоидов с аномальной головкой и рассчитывали удельный вес живых (неокрашенных) сперматозоидов.

Статистическую обработку полученных результатов проводили с помощью программного пакета Statistica 5.0, использовали непараметрический U-критерий Уилкоксона—Манна—Уитни, различия считали достоверными при p<0,05.

Исследования показали, что у животных 1-й группы в большинстве семенных канальцев наблюдается активный сперматогенез, клетки разных генераций располагаются правильными концентрическими слоями, клетки с морфологическими нарушениями встречаются редко (рис. 1).

Ранее доказано, что при действии ионизирующей радиации хроматин в ядрах сперматогенных клеток уплотняется, мембраны ядер деформируются, нарушается морфология ядрышек [2]. Одним из механизмов элиминации генетически поврежденных клеток является формирование многоядерных клеток с апоптозом [15, 16]. К наиболее частым нарушениям относят слущивание сперматогенных клеток (до 20% семенных канальцев против 5% в контроле, p<0,05), десквамацию сперматоэпителиального пласта (до 40% семенных канальцев против 10% в контроле, p<0,05) и дезорганизацию сперматогенного эпителия, в результате которого возникает диффузный асперматогенез. Слущивание и дезорганизация сперматогенного эпителия могут быть связаны с нарушением паракринной регуляции сперматогенеза, в частности с сустентоцитами, играющими важную роль в коррелятивных клеточных взаимоотношениях [17, 18].

Наличие многоядерных клеток с пикнотическими ядрами, которые подвергаются гибели путем апоптоза, свидетельствует о нарушениях в эндокринном отделе семенника. В наших исследованиях наблюдается снижение числа эндокриноцитов на 16, 24 и 32-е сутки после облучения (см. таблицу).

Наблюдаемые нами дегенеративные изменения в семенниках и падение числа эндокриноцитов приводят к снижению общего количества сперматогенных клеток на 16, 24, 32-е сутки после облучения (см. таблицу) и на 48-е сутки — сперматозоидов (10±1,5 млн/мл по сравнению с показателем у мышей 1-й группы 14,5±2 млн/мл, p<0,05). Основными показателями оплодотворяющей способности сперматозоидов принято считать количество сперматозоидов, долю прогрессивно подвижных сперматозоидов и долю морфологически нормальных сперматозоидов [22].

Морфологический анализ сперматозоидов показал, что у мышей 2-й группы на 24-е и 48-е сутки после облучения снизилось количество живых сперматозоидов и увеличилось число сперматозоидов с аномальной головкой (см. таблицу). Кинетика сперматогенеза у мышей такова, что анализируемые сперматозоиды на 24-е и 48-е сутки в момент облучения находились на мейотической и премейотической стадиях сперматогенеза. Увеличение патологических форм сперматозоидов рассматривается как морфологическое выражение точечных генных мутаций, микроделеций либо других структурных перестроек хромосом в премейотических и ранних постмейотических клетках [23]. Известно, что одним из важнейших критериев оплодотворяющей способности сперматозоидов является нормальная конденсация хроматина, которая обеспечивается протаминоподобными белками, богатыми аргинином и цистеином [24, 25]. Эти белки, играющие важную роль в формировании мужских гамет, активно синтезируются на постмейотических стадиях созревания половых клеток [26—28]. Деформация головки сперматозоидов может привести к снижению их подвижности, повреждению акросомы, увеличению доминантных летальных мутаций, временной или постоянной стерильности.

При морфологическом анализе семенников мышей 3-й группы, получивших до облучения цистеин, обнаружено, что деструктивные изменения менее выражены, особенно это касалось клеточной гибели и атрофии канальцев. Количество сперматогенных клеток возросло на 16, 24, 48-е сутки, эндокриноцитов и живых сперматозоидов — на 24-е и 48-е сутки (см. таблицу), сперматозоидов — на 48-е сутки (13,5±1,3 млн/мл) по сравнению с исследуемым материалом мышей 2-й группы (10,0±1,5 млн/мл) (p<0,05). Защитный эффект цистеина на сперматогенные клетки может быть обусловлен одним из его важных механизмов противолучевого действия — цистеин временно ингибирует митотическую активность клеток, что создает благоприятные условия для пострадиационной репарации поврежденных молекул ДНК.

Возможными причинами гибели клеток являются активация свободнорадикальных процессов и угнетение активности ферментов антиоксидантной защиты. Цистеин, участвуя в регуляции антиоксидантно-антирадикальной системы, способствует повышению общей неспецифической резистентности организма. Результаты данного исследования показали перспективность применения цистеина в качестве защитного средства против повреждающего действия ионизирующего облучения в сублетальных дозах на сперматогенный эпителий.

Облучение в дозе 1 Гр вызывает выраженные патоморфологические изменения в семенниках, приводящие к снижению их герминативной функции.

Увеличение патологических форм сперматозоидов наблюдается, если в момент облучения они находились на пре- и постмейотической стадиях сперматогенеза, т. е. на стадиях сперматоцитов и сперматогоний типа А.

Введение цистеина мышам до облучения ионизирующим излучением обусловило защитный эффект относительно количественных показателей сперматогенных клеток, сперматозоидов и их морфофункционального состояния. Цистеин, с учетом его антиоксидантных и инактивирующих свободные радикалы свойств, можно рассматривать как профилактическое средство, оказывающее радиопротекторное действие на сперматогенный эпителий при облучении в сублетальных дозах.

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

The author declare no conflicts of interest.