CC BY
5Прикаспийский вестник медицины и фармации. 2023. Т. 4, № 1. С. 52-57. Caspian Journal of Medicine and Pharmacy. 2023. Vol. 4, no. 1. P. 52-57.
ОРИГИНАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
Научная статья
УДК 612.616.2+541.515
doi: 10.29039/2712-8164-2023-1-52-57
3.1.13. Урология и андрология (медицинские науки)
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-КЛИНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЗВИТИЯ МУЖСКОГО БЕСПЛОДИЯ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ СЕРОСОДЕРЖАЩЕГО ГАЗА
*Павел Вадимович Логинов, Александр Аркадьевич Николаев, Елена Борисовна Мавлютова, Валентин Михайлович Мирошников
Астраханский государственный медицинский университет, Астрахань, Россия
Аннотация. Под действием сероводородсодержащего газа наблюдалось повышение уровня малонового диальдегида в ткани семенников экспериментальных животных и в эякуляте мужчин, занятых в сфере нефтегазовой промышленности. Отмечалось резкое снижение общего количества сперма-тогенных клеток в семенниках более чем в 7 раз по сравнению с контрольной группой; количество эпидидимальных сперматозоидов у крыс было снижено на 70 %, имел место некроз сперматогенного эпителия. Наблюдалось заметное уменьшение диаметров семенных канальцев на фоне резкого разрастания интерстициальной ткани за счет прироста клеток Лейдига отросчатой формы. Экспериментальные и клинические данные обнаруживают схожие тенденции по показателям перекисного окисления липидов на уровне гонад под действием стрессогенных факторов аналогичного характера. Концентрация сперматозоидов у мужчин оказалась в 10 раз ниже таковой в контрольной группе. Ведущими дефектами сперматозоидов были патологии шейки и хвоста.
Ключевые слова: сероводородсодержащий газ, малоновый диальдегид, липопероксидация, семенники, сперматогенные клетки, эпидидимальные сперматозоиды, сперматогенез.
Для цитирования: Логинов П. В., Николаев А. А., Мавлютова Е. Б, Мирошников В. М. Экспериментально-клиническое обоснование развития мужского бесплодия при воздействии серосодержащего газа // Прикаспийский вестник медицины и фармации. 2023. Т. 4, № 1. С. 52-57. doi: 10.29039/2712-8164-2023-1-52-57.
ORIGINAL INVESTIGATIONS
Original article
EXPERIMENTAL AND CLINICAL SUBSTANTIATION OF THE DEVELOPMENT OF MALE INFERTILITY UNDER THE INFLUENCE OF SULFUR-CONTAINING GAS
Pavel V. Loginov, Alexandr A. Nikolaev, Elena B. Mavlutova, Valentin M. Miroshnikov
Astrakhan State Medical University, Astrakhan, Russia
Abstract. Under the influence of natural gas containing hydrogen sulfate, it has been found that the level of malondialdehyde was increased in testicular tissue in experimental animals as well as in ejaculate in men employed in gas and oil industry. It has been established that a considerable decrease in the general quantity of spermatogenic cells took place by more than 7 times compared with the control group; the number of epi-didymal spermatozoa in rats was decreased by 70 %, necrosis of spermatogenic epithelium took place. Considerable decrease in the diameters of seminal tubules on the background of interstitial tissue proliferation at the expense of small Leydig's cells was found to take place. Experimental and clinical data show the same tendencies by indexes of lipoperoxidation at the level of testis under the influence of analogical stressing factors. Spermatozoid concentration in men was found to be decreased by as many as 10times more than in the control group. The leading defects of spermatozoa were the neck and tail pathologies.
* © Логинов П.В., Николаев А.А., Мавлютова Е.Б., Мирошников В.М., 2023
Key words: natural gas containing hydrogen sulfate, malonic dialdehyde, lipiperoxidation, testis, sper-matogenic cells, epidydimal spermatozoa, spermatogenesis
For citation: Loginov P. V., Nikolaev A. A., Mavlutova E. B., Miroshnikov V.M. Experimental and clinical substantiation of the development of male infertility under the influence of sulfur-containing gas. Caspian Journal of Medicine and Pharmacy. 2023. 4 (1): 52-57. doi: 10.29039/2712-8164-2023-1-52-57. (In Russ.).
Введение. Сероводородсодержащий газ (СВСГ) Астраханского газоконденсатного месторождения (АГКМ), вызывающий развитие оксидативного стресса, относится к группе экзогенных химических патогенных факторов. Химические канцерогены пагубно влияют как на этапе эмбрионального развития организма, когда происходит дифференцировка мозга и половых органов будущего индивида, так и в период постнатального онтогенеза [1]. Сероводород, входящий в состав астраханского природного газа, является чрезвычайно агрессивным агентом, вызывающим развитие окислительного стресса, что можно представить следующей схемой [2, 3]:
(персульфид водорода; «дисульф] HSSH + 02 HSS' + Н(К
Образуемый в процессе метаболизма сероводорода гидропероксидный радикал запускает каскад свободнорадикальных окислительных процессов, вследствие которых возникает разрушение биомембран клеток, построенных из молекул ненасыщенных фосфолипидов ЯСН2СН=СНЯ'|61:
Указанное обстоятельство является причиной возникновения функциональных нарушений многих систем организма, в том числе репродуктивной. В последнее время все больше внимания уделяется исследованию влияния СВСГ АГКМ на репродуктивную систему мужчин [2, 4], поскольку большая часть рабочего контингента на Астраханском газоконденсатном комплексе - мужчины.
Цель: изучить взаимосвязь процессов свободнорадикального окисления и функционального состояния репродуктивного аппарата мужского типа на сравнительной модели экспериментальных животных и мужчин в условиях неблагоприятных воздействий природных поллютантов.
Материалы и методы исследования. Исследованию подвергались половозрелые самцы крыс линии Wistar массой 200 ± 10,0 г. Воздействие газом осуществлялось в течение 30 дней по 4 часа ежедневно в концентрации 10 мг/м3 по сероводороду. По окончании экспериментальных воздействий в гомогенатах семенников и медиобазального гипоталамуса определяли уровень малонового диальдегида (МДА). Состояние тестикулярного сперматогенеза оценивали с помощью метода В.П. Маминой и Д.И. Семенова [5]. Также были обследованы 40 мужчин репродуктивного возраста (25-35 лет), работающих в нефтегазовой отрасли и обратившихся по поводу отсутствия детей в браке в течение 2-3 лет. Исследовали показатели свободнорадикального окисления в эякуляте мужчин по уровню МДА. 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 5 000 об/мин, далее следовали классической методике [6]. Морфологическое состояние сперматозоидов оценивали, исследуя мазки разбавленной спермы. Определяли процентное количество нормальных и дефектных сперматозоидов; при этом давали количественную оценку дефектам головки, шейки и хвоста сперматозоидов [7]. Проведение экспериментальных воздействий осуществляли с соблюдением Женевской конвенции о гуманном отношении к животным (1985). Статистическую обработку полученных результатов выполняли с использованием критерия Стьюдента [8].
Результаты исследования и их обсуждение. Под действием СВСГ наблюдалось повышение уровня МДА в тканях семенников экспериментальных животных, что свидетельствует об интенсификации процессов свободнорадикального окисления.
Под действием СВСГ АГКМ отмечалось резкое уменьшение общего количества сперматогенных клеток в семеннике более чем в 7 раз по сравнению с контрольной группой. Наблюдалось выраженное нарушение соотношения между сперматогенными клетками (сперматогонии, сперматоциты, сперма-тиды, сперматозоиды) (табл. 1).
Таблица 1. Состояние тестикулярного сперматогенеза у крыс, подвергавшихся воздействию различных стресс-факторов Table 1. State of testicular spermatogenesis in rats exposed to various stress factors
Тестикулярные показатели сперматогенеза Контроль (n = 10) СВСГ АГКМ (n = 10)
Общее кол-во сперматогенных клеток, млн 5236,0 ± 360,0 720,0 ± 38,1 ***
Сперматогонии, % 22,50 ± 1,52 14,30 ± 0,81 ***
Сперматоциты, % 20,70 ± 1,67 28,60 ± 1,88 **
Сперматиды, % 21,60 ± 1,76 35,70 ± 2,59 ***
Сперматозоиды, % 35,20 ± 2,66 21,40 ± 1,80 ***
Примечание: * p < 0,05; ** p < 0,01; *** p < 0,001 - по сравнению с контролем Note: * p < 0,05; ** p < 0,01; *** p < 0,001 - in comparison with the control
Отсутствие подвижности сперматозоидов под действием СВСГ АГКМ, очевидно, связано с таким дефектом, как облом хвоста сперматозоидов, что можно объяснить как результат усиления процесса липопероксидации в условиях развития окислительного стресса. В условиях хронического воздействия СВСГ наблюдалось заметное уменьшение диаметров семенных канальцев на фоне резкого разрастания интерстициальной ткани за счет прироста главным образом малых инволюционирующих функционально малоактивных клеток Лейдига отросчатой формы, что можно рассматривать как компенсаторную реакцию эндокриноцитов на фоне деструктивных изменений сперматогенного эпителия (рис.).
Рис. Структура извитых канальцев семенника в условиях многократного воздействия СВСГ. Окраска гематоксилин-эозином; увеличение х 200 Fig. The structure of the convoluted tubules of the testis under conditions repeated exposure to hydrogen sulfide gas. Staining with hematoxylin-eosin; magnification х 200
Кроме того, зафиксирован отек интерстициальной ткани, а также полнокровие сосудов семенников и гибель половых клеток. Наблюдалось хаотичное расположение клеток сперматогенного эпителия (а в ряде случаев и вообще запустевание семенных канальцев). Содержание сперматогоний и сперматозоидов было сниженным, преобладали сперматоциты и сперматиды. Общее количество эпидидимальных сперматозоидов было снижено более чем в 1,7 раз по сравнению с контролем (р < 0,001).
Экспериментальные и клинические данные обнаруживают схожие тенденции по показателям пе-рекисного окисления липидов на уровне гонад под действием стрессогенных факторов аналогичного характера. Уровень МДА в эякуляте мужчин, занятых в нефтегазовой отрасли, превышал аналогичный показатель у мужчин из контрольной группы. Обнаружено, что у мужчин, работающих в нефтегазовой отрасли, где преобладают промышленные сероводородсодержащие поллютанты (природный и попутный нефтяной газы), наблюдаются все признаки угнетения сперматогенеза: резкое снижение концентрации сперматозоидов, снижение подвижных сперматозоидов за счет активных форм (категория А), увеличение доли неподвижных сперматозоидов (категория D) за счет мертвых клеток, общее снижение живых сперматозоидов и увеличение относительного количества дефективных клеток (табл. 2).
Таблица 2. Показатели сперматогенеза мужчин, подверженных воздействию различных неблагоприятных факторов Table 2. Indicators of spermatogenesis in men exposed to various adverse factors
Показатели сперматогенеза Контроль (n = 20) СВСГ АГКМ (n = 20)
Кол-во сперматозоидов, млн 21,7 ± 0,79 2,6 ± 0,31
Подвижные (А + В), % 40,5 ± 1,55 26,0 ± 2,69 ***
Активно подвижные А, % 27,2 ± 2,06 8,8 ± 3,24 ***
Слабо подвижные В, % 13,3 ± 1,08 17,2 ± 3,85 *
Непоступательно подвижные С, % 26,7 ± 1,67 27,2 ± 2,21
Неподвижные D, % 32,8 ± 2,06 46,8 ± 3,46 **
Живые, % 84,3 ± 1,05 76,8 ± 0,65 ***
Примечание: * p < 0,05; ** p < 0,01; *** p < 0,001 - по сравнению с контролем
Note: * p < 0,05; ** p < 0,01; *** p < 0,001 - in comparison with the control
Концентрация сперматозоидов оказалась почти в 10 раз ниже таковой в контрольной группе (p < 0,001). Ведущими дефектами сперматозоидов были дефекты шейки и хвоста (почти в 2 раза превышающие таковые в контрольной группе). Одним из механизмов возникновения дефектов сперматозоидов можно считать усиление процесса липопероксидации, что и снижает оплодотворяющую способность эякулята.
Заключение. Хроническая интоксикация сероводородсодержащим газом вызывает угнетение сперматогенеза за счет снижения количества самих половых клеток, а также нарушения их морфологии и кинетики. Возникающие нарушения коррелируют с усилением процессов липопероксидации в тести-кулярной ткани и спермоплазме. Следует подчеркнуть выраженный гонадотоксический эффект серо-водородсодержащего газа Астраханского газоконденсатного месторождения, что обусловлено непосредственным участием сероводорода в запуске радикалообразования [9, 10].
Раскрытие информации. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.
Disclosure. The authors declare that they have no competing interests.
Вклад авторов. Авторы декларируют соответствие своего авторства международным критериям ICMJE. Все авторы в равной степени участвовали в подготовке публикации: разработка концепции статьи, получение и анализ фактических данных, написание и редактирование текста статьи, проверка и утверждение текста статьи.
Authors' contribution. The authors declare the compliance of their authorship according to the international ICMJE criteria. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work.
Источник финансирования. Авторы декларируют отсутствие внешнего финансирования для проведения исследования и публикации статьи.
Funding source. The authors declare that there is no external funding for the exploration and analysis work.
Список источников
1. Asadi A., Ghahremani R., Abdolmaleki A., Rajaei F. Role of sperm apoptosis and oxidative stress in male infertility : A narrative review // Int. J. Reprod. Biomed. 2021. Vol. 19, no. 6. P. 493-504.
2. Николаев А. А., Логинов П. В., Мавлютова Е. Б., Белявская А. А. Свободные радикалы и биоантиок-сиданты в репродуктивных процессах (обзор литературы) // Проблемы репродукции. 2018. Т. 24, № 1. С. 21-26.
3. Саноцкий И. В., Фоменко В. Н. Отдаленные последствия влияния химических соединений на организм. М. : Медицина, 1979. 232 с.
4. Скамрова Г. Б., Евстигнеев М. П., Лантушенко А. О. Влияние микроволнового излучения на частотах мобильной связи и сети WiMAX на проницаемость мембран клеток буккального эпителия человека // Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского. Серия «Биология, химия». 2011. Т. 24 (63), № 4. С. 282-291.
5. Мамина В. П., Семенов Д. И. Метод определения количества сперматогенных клеток семенника в клеточной суспензии // Цитология. 1976. Т. 18, № 7. С. 913-914.
6. Николаев А. А., Логинов П. В. Состояние сперматогенеза мужчин, подверженных воздействию неблагоприятных факторов среды // Проблемы репродукции. 2015. Т. 21, № 5. С. 96-101.
7. Луцкий Д. Л., Николаев А. А., Луцкая А. М. Руководство по исследованию эякулята человека : монография. Астрахань : Изд-во ФГБОУ ВО Астраханский ГМУ Минздрава России, 2022. 217 с.
8. Гланц С. Медико-биологическая статистика. М. : Практика, 1999. 459 с.
9. Асфандияров Р. И., Бучин В. Н., Лазько А. Е., Резаев А. А. Острые отравления серосодержащими газами. Астрахань, 1995. 156 с.
10. Loginov P. V., Teply D. L. Morphofunctional state of reproductive system in male rats under conditions of immobilization stress // Естественные науки. 2014. № 4 (49). С. 47-54.
References
1. Asadi A., Ghahremani R., Abdolmaleki A., Rajaei F. Role of sperm apoptosis and oxidative stress in male infertility: A narrative review. Int. J. Reprod. Biomed. 2021; 19 (6): 493-504.
2. Nikolaev A.A., Loginov P.V., Mavlutova E.B., Belyavskaya A.A. Free radicals and bioantioxidants in reproductive processes (a review). Problemy reproduktsii = Russian Journal of Human Reproduction. 2018; 24 (1): 21-26.
3. Sanotsky I.V., Fomenko V.N. Long-term consequences of the influence of chemical compounds on the organism. Мoscow, 1979. 232 p.
4. Skamrova G.B., Evstigneev M.P., Lantushenko A.O. Influence of microwave radiation at frequencies of mobile communication and WiMAX network on the permeability of cell membranes of human buccal epithelium. Uchyonie zapiski Tavricheskogo universiteta = Scientific notes of Taurida National University. 2011; 24 (4): 282-291.
5. Mamina V.P., Semenov D.I. A technique for counting spermatogenic cells of the tesyis in the cell suspension. Tsitologia = Cytology. 1976; 18 (7): 913-914.
6. Nikolaev A.A., Loginov P.V. Spermatogenesis state in men exposed to adverse environmental conditions. Problemy reproduktsii = Russian Journal of Human Reproduction. 2015; 21 (5): 96-101.
7. Lutsky D.L., Nikolaev A.A., Lutskaya A.M. Guidelines for the study of human ejaculate: monograph. Astrakhan : Astrakhan State Medical University Publ.; 2022. 217 p.
8. Glants S. Mediko-biologiceskaya statistika. Мoscow : Praktika Publ.; 1999. 459 p.
9. Asfandiyarov R.I., Buchin V.N., Laz'ko A.E., Rezaev A.A. Acute poisoning with sulfur-containing gases. Astrakhan, 1995. 156 p.
10. Loginov P.V., Teply D.L. Morphofunctional state of reproductive system in male rats under conditions of immobilization stress. Yestestvennye nauki = Natural Sciences. 2014; 4 (49): 47-54.
Информация об авторах
П.В. Логинов, доктор биологических наук, доцент, профессор кафедры химии, Астраханский государственный медицинский университет, Астрахань, Россия, e-mail: loginovpv77@mail.ru.
A.А. Николаев, доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой химии, Астраханский государственный медицинский университет, Астрахань, Россия, e-mail: chimnik@mail.ru.
Е.Б. Мавлютова, ассистент кафедры химии, Астраханский государственный медицинский университет, Астрахань, Россия, e-mail:
B.М. Мирошников, доктор медицинских наук, профессор, профессор кафедры урологии, Астраханский государственный медицинский университет, Астрахань, Россия, e-mail: miroshnikov-valentin@mail.ru.
Information about the authors
P.V. Loginov, Dr. Sci. (Biol.), Associate Professor, Professor of Department, Astrakhan State Medical University, Astrakhan, Russia, e-mail: loginovpv77@mail.ru.
A.A. Nikolaev, Dr. Sci. (Med.), Professor, Head of Department, Astrakhan State Medical University, Astrakhan, Russia, e-mail: chimnik@mail.ru.
E.B. Mavlutova, Assistant, Astrakhan State Medical University, Astrakhan, Russia, e-mail: V.M. Miroshnikov, Dr. Sci. (Med), Professor, Professor of Department, Astrakhan State Medical University, Astrakhan, Russia, e-mail: miroshnikov-valentin@mail.ru.*
* Статья поступила в редакцию 09.02.2023; одобрена после рецензирования 16.03.2023; принята к публикации 23.03.2023.
The article was submitted 09.02.2023; approved after reviewing 16.03.2023; accepted for publication 23.03.2023.
