CC BY
13
Є
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
Некоторые механизмы тестикулотоксичности полихлорбифенилов
Э. Ф. АГЛЕТДИНОВ
Башкирский государственный медицинский университет Росздрава, Уфа
Some Mechanisms of Testicular Toxicity of Polychlorinated Biphenyls
E. F. AGLETDINOV
Bashkir State Medical University, Ufa
В эксперименте изучено влияние полихлорбифенилов на репродуктивную систему крыс-самцов. Обнаружено значительное уменьшение концентрации сперматозоидов и клеток сперматогенеза в гомогенате семенников экспериментальных животных. Выявлено накопление продуктов пероксидации, а также существенное снижение уровня неферментативных антиоксидантов, угнетение активности ферментов антиоксидантной защи ты и обмена глутатиона. Выявленные сдвиги могут вносить существенный вклад в развитие субфертильных состояний при отравлении ксенобиотиками.
Ключевые слова: полихлорированые бифенилы, яички, окислительный стресс, сперматогенез.
The effects of polychlorinated biphenyls on the reproductive system were studied on adult male rats. The results of the experiments showed that the polychlorinated biphenyls significantly decreased the number of the spermatogenesis cells and spermatozoa in the testicular tissue. In addition, increased peroxidation and failure of non-enzymatic and enzymatic antioxidants were observed. The results suggested that the revealed disorders could play an important role in pathogenesis of male infertility, caused by environmental pollutants.
Key words: polychlorinated biphenyls, testis, oxidative stress, spermatogenesis.
Введение
В условиях антропогенного загрязнения среды обитания человека актуальной задачей является изучение биологических эффектов ксенобиотиков техногенного происхождения с целью получения сведений, необходимы« для разработки способов профилактики и коррекции нарушений обмена веществ. Среди экотоксикантов наибольшую опасность представляют стойкие органические загрязнители (СОЗ), подлежащие по инициативе ООН уничтожению и запрещению к производству и применению. Это — группа из 12 выгсокотоксичныгх и весьма устойчивыгх соединений, способных к трансграничному переносу на большие расстояния и кумуляции в объектах геосферы и живых организмах [1, 2].
В состав токсикантов входят полихлорированные бифенилы (ПХБ) галогенированные углеводороды, обладающие широким спектром биологического действия и способные в малых концентрациях вызывать нарушения в нервной, иммунной, гормональной системах, оказывая канцерогенный и мутагенный эффекты [3—7].
© Э. Ф. Аглетдинов, 2009
Адрес для корреспонденции: 450077 Уфа, ул. Ленина, д. 3. Башкирский государственный медицинский институт
В настоящее время производство и применение ПХБ запрещено Стокгольмской конвенцией. Тем не менее, их постоянное и повсеместное поступление в окружающую среду в течение десятилетий привело к накоплению в объектах биосферы сотен тысяч тонн ПХБ в свободном виде [1, 4, 8]: так, ежесуточно в организм человека попадает до 100 нг ПХБ [9].
Особую актуальность приобретает проблема влияния агрессивных факторов внешней среды на мужскую репродуктивную систему. В то же время имеющиеся данные о влиянии ПХБ на генеративную функцию человека и животных противоречивы и не дают исчерпывающего представления о молекулярных механизмах репротоксического действия этих соединений [2, 4, 5, 10, 11]. Объективный анализ причин, вызывающих угнетение мужской фертильности, и разработка эффективных и обоснованных методов коррекции нарушений требуют детального исследования патогенетических основ токсического действия бифенилов.
Исходя из вышеизложенного и учитывая региональные особенности химического загрязнения, в центре нашего внимания на протяжении последних лет находится изучение молекулярных механизмов действия ПХБ на мужскую репродуктивную систему на различных уровнях ее ор-
-е-
О
Таблица 1. Содержание клеток в гомогенате семенников крыс, подвергшихся подострой интоксикации полихлорированными бифенилами в суммарных дозах 0,05 LD50 и 0,1 LD50 (M±SD, п=10)
Показатель Группа животных
контроль 0,05 ЬО50 °,1 ЬО50
Клетки Сертоли 18,9+1,32 15,97+1,35 14,28+1,3
Клетки Лейдига 20,35 + 1,84 17,2+1,62 13,94+1,3*
Сперматиды ранние 16,8+1,17 14,91+1,26 15,87+1,23
Сперматиды поздние 15,84+1,2 13,66+0,97 15,51+1,36
Сперматогонии 15 + 1,35 12,77+1,06 10,82+1,1*
Сперматоциты 15,03+1,28 9,75+0,87* 8,21+1,12*
Примечание. Здесь и в табл. 2: * - р<0,05 в сравнении с контролем.
ганизации и регуляции. Ранее нами показано [1], что подострая интоксикация ПХБ сопровождается угнетением стероидогенеза и сперматогенеза у экспериментальных крыс-самцов.
Для уточнения возможных причин обнаруженных сдвигов предпринято настоящее исследование, целью которого явилось динамическое изучение клеточного состава и метаболического статуса семенников крыс в условиях подострого отравления ПХБ в различныгх дозах.
Материал и методы
Экспериментальные исследования выполнены на белый беспородных крысах-самцах половозрелого возраста массой 180—220 г. Животные содержались в стандартных условиях вивария. При проведении опытов соблюдалось «Правила проведения работ с использованием экспериментальных животных». Экспериментальную интоксикацию вызывали внутри-желудочным введением стандартного раствора ПХБ «Совол», включающего 26% тетра-, 64,6% пента-, 9% гексахлорбифе-нилов и следовые количества гептахлорбифенилов. Подост-рое отравление осуществляли ежедневным введением токсиканта в течение 28 дней в суммарный: дозах 300 мг/кг (0,05 ЬБ50) и 600 мг/кг (0,1 ЬБ50). Контрольным группам животнык вводили оливковое масло.
По истечении срока модельной интоксикации подопытных животных декапитировали, извлекали семенники, проводили морфологическое изучение, готовили гомогенат, который использовали в дальнейших исследованиях.
В гомогенатах семенников определяли содержание глута-тиона [12], аскорбата [13], токоферола [14], свободный: сульф-гидрильныгх групп [15], активности каталазы [16], глутатион-пероксидазы (ГПО) [171], глутатионредуктазы (ГР) [18], глутатион-8-трансферазы (ГТ) [19], гамма-глутамилтрансфе-разы (ГГТ) [20]. Содержание активныгх соединений тиобарби-туровой кислоты (ТБК-РП) активность супероксиддисмутазы (СОД) и общую антиокислительную активность определяли с помощью диагностических наборов производства ООО «Агат-Мед» (Россия) и «КаМох» (Великобритания) соответственно.
Результаты и обсуждение
Анализ экспериментальных данных показал, что отравление крыс стандартной смесью ПХБ «Совол» сопровождается выфаженными токсическими эффектами, которые проявлялись значительным падением концентрации клеток сперматогенеза (сперматогоний, сперматоцитов, ранних и поздних сперматид) относительно показателей интактных животных. Содержание
этих клеток в гомогенате семенников крыс первой группы (0,05 ЬБ50) заметно снижалось: сперматогоний — на 14,87%, сперматоцитов — на 35,13% (^<0,05), ранних сперматид — на 11,25%, поздних сперматид — на 13,76% (табл. 1).
У животных второй группы (0,1 ЬБ50), обнаружены более грубые нарушения количественных характеристик сперматограммы. Продолжилось падение уровня клеток сперматогенеза: сперматогоний (до 67,29%, р<0,05), сперматоцитов (до 80,8%, р<0,05), ранних сперматид (до 88,51%), поздних сперматид (до 89,24%). Кроме этого, воздействие большей дозы токсиканта (0,1 ЬБ50) приводило к статистически значимому снижению концентрации клеток Лейдига на 27,7% (р<0,05), по отношению к контролю, чего не было зафиксировано при воздействии «Совола» в меньшей дозе (0,05 ЬБ50). В этих же условиях отмечалась тенденция к снижению содержания клеток Сертоли в тканевых гомогенатах семенников крыс. При изучении концентрации сперматозоидов в гомогенате семенника зафиксировано трехкратное падение мужских половых гамет.
Интоксикация «Соволом» сопровождалась различной степенью повышения содержания в семенниках крыс соединений, реагирующих с тиобарбитуровой кислотой (табл. 2), наблюдалось дозозависимое изменение параметров общей антиоксидантной активности ткани. Усиление образования вторичных продуктов пероксидации при интоксикации ПХБ суммарной дозой 0,05 ЬБ50 составило в исследуемом органе 201,36 % от аналогичных показателей у интактных животных. У крыс, получавших «Совол» в дозе 0,1 ЬБ50, выявлено более чем трёхкратное повышение уровня ТБК-РП (348,98% от уровня контроля) в семенниках по отношению к контролю. В этой же группе наблюдения зафиксировано значимое падение общей анти-оксидантой активности тестикулярной ткани крыс на 23,96% (^<0,05).
В гомогенатах яичек животных группы 0,1 ЬБ50 наблюдалось существенное падение содержания неферментных антиоксидантов — аскорбата (на 34,7%, р<0,05), глутатиона восстановленного (на
О
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
Таблица 2. Содержание ТБК-РП и общей антиокислительной активности в семенниках самцов крыс, подвергшихся отравлению полихлорированными бифенилами (M±SD, п=10)
Показатель
Группа животных
контроль
0,05 LD
'50
0,1 LD,
50
ТБК-РП, мкмоль/г ткани ОАА, % торможения
2,94+0,28
69,27+5,9
5,92+0,29*
60,0+5,2
10,26+0,34*
47,40+4,5*
39,78%, р<0,05), токоферола (на 34,5%, р<0,05) по сравнению с контролем. Содержание витамина Е оказалось сниженным также в тестикулах крыс группы 0,05 LD50 — 65,49% (р<0,05) от уровня контроля. При анализе суммарного содержания свободных тиоловых групп в гомогенатах семенников экспериментальных животных статистически значимых отличий не выявлено.
Воздействие большей дозы смеси «Совол» (0,1 LD50) сопровождалось угнетением тестикулярной активности ферментов первой линии ан-тиоксидантной защиты — супероксиддисмутазы (на 29,72%, р<0,05), каталазы (на 35,43%, р<0,05) и глутатионпероксидазы (на 36,07%, р<0,05), при этом глутатионредуктазная, глутатионтрансфе-разная, гамма-глутамилтрансферазная активности отличались относительной стабильностью.
Анализируя результаты эксперимента в целом, следует отметить, что изменения со стороны мужской половой системы, вызванные воздействием полихлорированных бифенилов, затрагивают весь изученный клеточный состав тестикулярный ткани, тесно связаны и взаимообусловлены. Причиной большинства выявленных сдвигов, может являться первичное токсическое поражение яичек экспериментальных животных. С этим, вероятнее всего, и связано снижение массы гонад, выявленное в наших предварительных исследованиях, что сопровождается угнетением базовых функций семенников — стероидо- и сперматогенеза.
Поражение клеток Лейцита, очевидно, приводит к угасанию андропоэза, выявленного за счёт снижения их абсолютного содержания, а также ингибирования ключевых ферментов синтеза половых гормонов [10], что в свою очередь влечет за собой нарушения роста и развития акцессорных половых органов, нуждающихся в постоянной андрогенной стимуляции [21]. Клетки Сертоли играют центральную роль в сперматогенезе, осуществляя структурно-метаболическое обеспечение процесса созревания половых клеток [22—24]. Изменения количества и функциональной активности клеток Сертоли, таким образом, оказывают
ЛИТЕРАТУРА
1. Майстренко В. Н, Клюев Н. А. Эколого-аналитический мониторинг стойких органических загрязнителей. М.: 2004; 323.
2. Toft G., Rignell-Hydbom A. Semen quality and exposure to persistent
organochlorine pollutants. Epidemiology 2006; 17: 4: 450—458.
существенное влияние на интенсивность образования полноценных сперматозоидов.
Следует подчеркнуть, что полученные с привлечением разных методологических подходов экспериментальные данные убедительно доказывают стремительное развитие мощного ПХБ-ин-дуцированного окислительного стресса в тестикулярной ткани экспериментальных животных. Это может являться следствием активации системы суперсемейства цитохрома Р-450, отвечающей за гидроксилирование бифенилов с целью их дальнейшей утилизации [1, 12, 25]. Интенсификация микросомального окисления как источника свободных радикалов влечет инициацию с последующей эскалацией процессов липопероксидации клеточных структур и, очевидно, может считаться одним из пусковых механизмов токсичности по-лихлорбифенилов.
Наблюдавшееся значительное снижение низкомолекулярных антиоксидантов — токоферола, аскорбиновой кислоты и, в особенности, восстановленного глутатиона, очевидно, является следствием повышенного расходовании последнего в реакциях нейтрализации свободных радикалов. Значительные количества глутатиона потребляются в реакциях глутатион-8-трансферазной конъюгации, а накапливающиеся в ткани супероксид-радикалы, пероксид водорода, гидроксил-радикалы способны ингибировать каталитическую активность ферментов [1, 5, 12]. В итоге длительное воздействие бифенилов приводит к декомпенсации оксидантного баланса.
Результаты проведённого эксперимента подтвердили наличие у ПХБ выраженных репроток-сических свойств. Доказана важная роль нарушений антиоксидантного статуса ткани семенников в механизме тестикулярной недостаточности, вызванной ПХБ, подтверждая предположение о том, что в основе угнетения мужской фертильности при отравлении ПХБ лежит прямое цитоток-сическое действие полихлорированных бифенилов, определяя возможные направления поиска способов патогенетической коррекции экологически обусловленных состояний.
3. Bessmann A. Accumulation of polychlorinated biphenyls in steroidogenic tissue of gonads and adrenals in Japanese quail. Arch Environ Contam Toxicol 1981; 10: 653—662.
4. Cooke P. S., Zhao Y. D., Hansen L. G. Neonatal polychlorinated biphenyls treatment increases adult testis size and sperm production in the rat. Toxicol Appl Pharmacol 1996; 136: 112—117.
-e-
Є
5. Hauser R, Altshul L. Environmental organochlorines and semen quality: results of a pilot study. Environ Health Perspect 2002; 110: 3: 229—233.
6. Lee Y. W, Park H. J. 2,2',4,6,6'-pentachlorobiphenyl (PCB 104) induces apoptosis of human microvascular endothelial cells through the caspasedependent activation of CREB. Toxicol Appl Pharmacol 2003; 189: 1—10.
7. Sripada S., Fonseca S. et al. Trends in semen parameters in the northeast of Scotland. J Androl 2007; 28: 2: 313—319.
8. Ибатуллина P. Б., Мышкин В. А. и др. Мед труда пром экология 2002; 5: 16—19.
9. Толстопятова Г. В., Коркач В. И. Токсикологическая характеристика полихлорированных бифенилов (обзор литературы). Врач дело 1982; 7: 52—60.
10. Andric S. A., Kostic T. S., Stojilkovic S. S., Kovacevic R. Z. Inhibition of rat testicular androgenesis by a polychlorinated biphenyl mixture Aroclor 1248. Biol Reprod 2000; 62: 1882—1888.
11. Comhaire F, MahmoudA., Schoonjans F. Sperm quality, birth rates and the environment in Flanders (Belgium). Reprod Toxicol 2007; 23: 2: 133—137.
12. Карпищенко А. И., Глушков С. И., Смирнов В. В. Токсикол вестн 1997; 3: 17—23.
13. Omaye S. Т., Turnball J. W., Sauberlich H. E. Selected methods for the determination of ascorbic acid in animal cells, tissues and fluids. Methods in Enzymology 1971; 62: 1—11.
14. Desai I. D. Vitamin E analysis methods for animal tissues. Methods in Enzymol 1984; 105: 138—147.
15. Ellman G. L. Tissue sulfhydryl groups. Arch Biochem Biophys 1959; 82: 1: 70—77.
16. Терехина H. А., Петрович Ю. А. Свободнорадикальное окисление и антиоксидантная система. Пермь, 1992; 53.
17. Rotruck J. K., Pope A. L., Ganther H. E. et al. Selenium: biochemical role as a component of glutathione peroxidase. Science 1973; 179: 588-590.
18. Stall G. E., Vegel C. Purification and properties of glutathione reductase of human erythrocytes. Biochim Biophys Ada 1969; 185: 39—48.
19. Habig W. H., Palst M. J., Jakoby W. B. Glutathione-S-transferase. The first enzymatic step in mercapturic formation. J Biol Chem 1973; 249: 7130—7139.
20. Orlowski M., Meister A. Isolation of gamma-glutamyl transpeptidase from hog kidney. J Biol Chem 1965; 240: 338—347.
21. Jutte N. H. P. M., Grootegoed J. A., Rommerts F. F. G., van der Molen H. J. Exogenous lactate is essential for metabolic activities in isolated rat spermatocytes and spermatids. J Reprod Fertil 1981; 62: 399—405.
22. Grootegoed J. A., Peters M. J., Mulder E. et al. Absence of a nuclear androgen receptor in isolated germinal cells of rat testis. Mol Cell Endocrinol 1977; 9: 159—167.
23. Sharpe R. M. Regulation of spermatogenesis. In: Knobil E., Neill J. D.. editors. The physiology of reproduction. New York: 1994; 1363—1418.
24. Steinberger A., Steinberger E. Replication pattern of Sertoli cells in maturing rat testis in vivo and in organ culture. Biol Reprod. 1971; 4: 84—87.
25. Feshin D. B., Komarova K. A. et al. Bioaccumulation and distribution of PCBs in hens and chickens. Organohalogen Compounds 2005; 1498—1501.
АНТИБИОТИКИ И ХИМИОТЕРАПИЯ, 2009, 54; 9-Ю é—
