Введение. Сперматогенез – сложный процесс, отражающий всю совокупность внутренних и внешних факторов, оказывающих влияние на разные его этапы. Неблагоприятные факторы внешней среды вызывают развитие окислительного стресса разной степени выраженности во всех тканях организма, в том числе в тестикулярной ткани яичек. Активные формы кислорода в физиологических концентрациях являются регулятором сперматогенеза, подвижности сперматозоидов и взаимодействия с яйцеклеткой, однако их избыточное накопление в условиях оксидативного стресса сопровождается повреждением генетического материала и мембран клетки [1]. Серьезный вклад в развитие заболеваний репродуктивного аппарата мужчин вносят неблагоприятные условия среды и труда. За последние годы увеличилась частота мужского бесплодия – состояния, которое служит следствием ряда заболеваний и патологических воздействий на репродуктивную систему мужчины. Его причины и структура до сих пор излагаются нечетко и противоречиво, несмотря на внушительный перечень факторов, нарушающих сперматогенез [2]. Актуальность изучения специфичности действия различных неблагоприятных факторов на сперматогенез продиктована тем обстоятельством, что до сих пор не выявлены четкие различия в характере угнетения сперматогенеза в зависимости от природы стресс-фактора. Более того, до сих пор не выявлены специфические механизмы угнетения мужской репродуктивной функции в зависимости от природы и характера стресс-фактора. Указанное обстоятельство позволит направленно подойти к вопросу профилактики нарушений репродуктивной функции в условиях воздействия различных стресс-факторов.

Целью настоящей работы было сравнить влияние различных неблагоприятных факторов на состояние сперматогенеза и уровень свободнорадикального окисления в эякуляте.

Материалы и методы. Нами были обследованы 40 мужчин репродуктивного возраста (25–35 лет), обратившихся по поводу отсутствия детей в браке в течение 2–3 лет. Для первичного установления причин указанного феномена все пациенты были разделены на четыре группы по 10 человек в зависимости от неблагоприятного фактора, действующего на них в силу разных обстоятельств (условия труда, быта). Группу 1 составили работники нефтегазовой промышленности, группу 2 – работники радиолокационных и телерадиовещательных объектов, группу 3 – работники творческих профессий, группу 4 – безработные и малоимущие лица (недостаточное и неполноценное питание). Для сравнения (контрольная группа) были взяты физически здоровые мужчины аналогичного возраста, имеющие детей в браке.

Исследовали уровень свободнорадикального окисления (СРО) в биологических жидкостях мужчин. Для этого измеряли уровень малонового диальдегида (МДА) в эякуляте и перекисный гемолиз эритроцитов (ПГЭ) в крови, взятой из вены [3]. Для определения уровня МДА в эякуляте 0,5 мл нативной спермы смешивали с 1,5 мл 1,2%-ного KCl, добавляли 1 мл 40%-ного раствора трихлоруксусной кислоты, затем пробы центрифугировали 10 мин при 5000 об/мин, далее следовали классической методике [4]. Для оценки кинетических показателей сперматозоидов сперму разводили физиологическим раствором в 20 раз, помещали каплю разбавленной спермы в счетную камеру Горяева и производили подсчет активно подвижных, слабоподвижных и неподвижных сперматозоидов при увеличении 200 [5]. 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 [6].

Статистическую обработку полученных данных выполняли с использованием критерия Стьюдента (t), различия считали достоверными при p<0,05. Оценка взаимосвязи исследуемых показателей осуществлялась подсчетом коэффициента корреляции (r) Пирсона [7].

Результаты. У всех мужчин, на которых действовал тот или иной неблагоприятный фактор, были обнаружены признаки развития окислительного стресса, что подтверждают данные измерения уровней ПГЭ в крови и МДА в эякуляте (табл. 1).

При этом следует отметить, что наиболее агрессивным неблагоприятным фактором оказался сероводородсодержащий природный газ, поскольку у работников нефтегазовой промышленности зафиксировано наибольшее усиление процессов СРО. Вторым по агрессивности оказался такой фактор, как недостаточное и неполноценное питание (пищевой стресс). Следует отметить положительную коррелятивную связь между уровнем МДА и ПГЭ как показателей развития окислительного стресса в условиях воздействия неблагоприятных факторов. Кроме того, изменения уровней МДА и ПГЭ под влиянием различных неблагоприятных факторов имели одинаковую направленность и степень выраженности, что свидетельствует об общих тенденциях развития оксидативного стресса в организме.

Анализ спермограмм показал, что во всех группах мужчин, где действовал конкретный неблагоприятный фактор, изменения коснулись количественных и микроскопических показателей сперматозоидов. Результаты исследований показали, что у работников нефтегазовой промышленности концентрация сперматозоидов оказалась почти в 10 раз ниже таковой в контрольной группе (табл. 2). На втором месте по степени гонадотоксичности оказался такой неблагоприятный фактор, как недостаточное и неполноценное питание. Концентрация сперматозоидов у безработных и малоимущих мужчин с недостаточным и неполноценным питанием (группа 4) оказалась более чем в 4,5 раза ниже контрольных значений. У мужчин творческих профессий, испытывающих постоянно сильные эмоциональные переживания (артисты, музыканты, работники культуры), концентрация сперматозоидов была снижена в среднем в 2,5 раза, однако объем эякулята у всех находился в диапазоне 3,3–4,1 мл, что означает относительно небольшое снижение общего числа сперматозоидов (в среднем 32 млн клеток) относительно нормативных показателей. Наименее агрессивным стресс-фактором оказалось микроволновое излучение (работники радиолокационных и телерадиовещательных объектов, группа 2). Концентрация сперматозоидов в эякуляте была снижена умеренно, объем эякулята соответствовал нижним показателям нормы (около 2 мл), что означает одновременно умеренное снижение общего количества сперматозоидов (в среднем 29 млн клеток).

Исследование микроскопических показателей сперматозоидов выявило следующее. В группе работников нефтегазовой промышленности общая подвижность сперматозоидов оказалась более чем в 1,5 раза ниже, чем в контрольной группе (табл. 2). При этом следует указать, что снижение общей подвижности сперматозоидов было вызвано снижением относительного количества активно подвижных сперматозоидов (p<0,001). Относительное количество слабоподвижных и непоступательно подвижных сперматозоидов (категории В и С) не отличалось от контрольных значений. Однако относительное количество неподвижных сперматозоидов возросло почти на 43% относительно контрольных показателей (p<0,01). Более детальное исследование показало, что увеличение числа неподвижных форм сперматозоидов (категория D) произошло за счет прироста количества мертвых клеток. Указанное обстоятельство свидетельствует в пользу ускоренного апоптоза сперматозоидов в условиях интоксикации природным и попутным нефтяным газами.

У мужчин с недостаточным и неполноценным питанием (группа 4) наблюдалось также заметное снижение подвижности сперматозоидов по сравнению с контролем (p<0,001). Однако в отличие от работников нефтегазовой промышленности у мужчин с недостаточным и неполноценным питанием количество активно подвижных сперматозоидов (категория А) было умеренно сниженным, в то время как количество слабоподвижных клеток (категория В) не отличалось от контрольных (нормативных) показателей (см. табл. 2). Относительное количество непрогрессивно подвижных (категория С) и неподвижных сперматозоидов (категория D) было повышено, что свидетельствует об усиленной динамике старения и апоптоза половых клеток у мужчин с неполноценным питанием. Таким образом, значительное снижение концентрации сперматозоидов на фоне прироста непрогрессивно-подвижных и неподвижных форм у работников нефтегазовой промышленности и у безработных и малоимущих мужчин коррелирует с усиленной динамикой процессов СРО в эякуляте.

У мужчин творческих профессий (группа 3) была умеренно снижена подвижность сперматозоидов (p<0,01) за счет некоторого снижения относительного количества активно подвижных форм (p<0,05).

Вместе с тем высока доля непрогрессивно подвижных форм (категория С), представленных в основном патологическими клетками. У работников радиолокационных и телерадиовещательных объектов (группа 2) относительное количество подвижных сперматозоидов (А+В) также умеренно снижено (p<0,05). Однако следует заметить, что по сравнению с контрольными показателями в этой группе мужчин изменялось соотношение активно подвижных и слабоподвижных форм сперматозоидов со сдвигом в сторону слабоподвижных клеток (категория В). Количество неподвижных сперматозоидов (категория D) было несколько увеличено по сравнению с контролем (p<0,01). Относительное количество живых сперматозоидов не отличалось от контрольных значений (табл. 2).

Морфологический анализ показал, что во всех группах мужчин, на которых действовал тот или иной неблагоприятный фактор, отмечено снижение относительного количества нормальных сперматозоидов, особенно четко это прослеживалось у работников нефтегазовой промышленности и радиолокационных объектов (группы 1 и 2). Во всех группах дефекты коснулись в основном шейки и хвоста сперматозоидов (табл. 3). Если суммарный процент дефектов шейки и хвоста сперматозоидов в контрольной группе составил 10,3%, то в группе 1 он был равен 17,2%, в группе 2 – 17,7%, в группе 3 – 13,9%, а в группе 4 – 14,4%. Таким образом, наибольшее число дефектов было зафиксировано в первых двух группах (работники нефтегазовой промышленности и работники радиолокационных и телерадиовещательных объектов).

Обсуждение. У работников нефтегазовой промышленности 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 дефектных клеток. Ведущими были дефекты сперматозоидов шейки и хвоста, встречавшиеся почти в 2 раза чаще, чем в контрольной группе. Наиболее частым дефектом хвоста сперматозоида был его облом. Одним из механизмов возникновения дефектов сперматозоидов можно считать усиление процесса липопероксидации, вследствие которого генерируется огромное количество свободных радикалов. Между тем известна четкая взаимосвязь между уровнем липопероксидации и оплодотворяющей способностью эякулята [8]. С другой стороны, в хвосте сперматозоидов содержится селенопептид с молекулярной массой Mr=17,0 кД [9], имеющий важное структурное значение при сборке хвоста сперматозоидов за счет ассоциации с митохондриальной мембраной. Увеличение относительного содержания сперматозоидов с обломанным хвостом и снижение относительного числа подвижных сперматозоидов под влиянием природного сероводородсодержащего газа Астраханского газоконденсатного месторождения, вероятно, объясняются замещением селена серой. Селен и сера имеют большое сходство между собой как элементы VI группы периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Однако в биологических системах свойства серы и селена значительно различаются. В результате функциональная роль селенопептида нарушается, что, очевидно, также определяет ухудшение морфокинетических характеристик сперматозоидов и отрицательно сказывается на оплодотворяющей способности эякулята.

В условиях недостаточного поступления питательных веществ в организм снижаются собственные ресурсы антиоксидантной системы. Это ведет к усилению радикалообразования. Последнее обстоятельство крайне отрицательно сказывается на качестве спермы безработных и малоимущих мужчин. Вместе с тем известно, что такой фактор, как безработица, вызывает снижение уровня тестостерона, что также отрицательно сказывается на сперматогенезе [10]. В результате существенно снижается концентрация сперматозоидов и доля активно подвижных клеток, наиболее чувствительных к действию свободных радикалов.

Воздействие микроволнового излучения на организм сопровождается изменением устойчивости мембран сперматозоидов из-за эффекта усиления акусоэлектрических колебаний (колебаний Фрёлиха) в мембранах. В результате запускаются стресс-реализующие системы, что ведет к усилению радикалообразования и разрушению мембранных элементов клеток. Сперматозоиды быстро теряют жизненные ресурсы (ускоряется старение, снижается жизнеспособность, возрастает общее число дефектов). Наиболее уязвимой частью оказывается элемент движения сперматозоидов – их хвост. Если кратковременное микроволновое излучение миллиметрового диапазона способно вызывать даже пролиферацию стволовых клеток, то длительное воздействие микроволнового излучения истощает ресурсы пролиферации [11]; в результате среди подвижных форм начинают доминировать слабоподвижные сперматозоиды (категория В). Неподвижные формы (категория D), очевидно, представлены умирающими и бесхвостыми сперматозоидами. Кроме того, длительное облучение способно снижать ресурсы антиоксидантной системы, в том числе витамина Е, что должно способствовать интенсификации свободнорадикальных окислительных процессов [12].

У мужчин творческих профессий, связанных с сильными эмоциональными переживаниями, высока доля функционально слабых половых клеток (категории С и D) по отношению к прогрессивно подвижным формам (категории А и В). При этом относительное количество непрогрессивно подвижных форм (в основном патологических) заметно выше, чем в контроле. Указанное обстоятельство свидетельствует об усиленной динамике старения сперматозоидов в условиях хронического эмоционального стресса. Механизм влияния эмоционального стресса на репродуктивную функцию довольно сложен: с одной стороны, запускаются общие механизмы развития окислительного стресса, с другой – подключаются центральные регуляторные механизмы на уровне гипоталамо-гипофизарного комплекса, обеспечивая эндокринные сдвиги в системе гипофиз–семенники [13]. В результате угнетение сперматогенеза в условиях хронического эмоционального стресса носит интегральный характер.

Заключение. Таким образом, воздействие различных неблагоприятных факторов сопровождается усилением процессов СРО в эякуляте, что коррелирует с ухудшением морфокинетических показателей сперматозоидов и достоверным снижением их концентрации. Наиболее токсичными в отношении оплодотворяющих свойств эякулята оказались природный и попутный нефтяной газы, вызвавшие резкое снижение концентрации сперматозоидов и их подвижности за счет значительного сокращения активно подвижных форм. В условиях недостаточного поступления питательных веществ усиление динамики СРО обусловлено снижением ресурсов антиоксидантной защиты. У работников творческих профессий при ведущей эмоциональной составляющей как фактора стресса угнетение сперматогенеза носит, очевидно, интегральный характер и обусловлено как усиленной динамикой процессов СРО, так и участием центральных регуляторных механизмов на уровне гипоталамо-гипофизарного комплекса. У работников радиолокационных и телерадиовещательных объектов существенные изменения касаются морфологии сперматозоидов вследствие механического повреждения микроволновым излучением.

Проведенное исследование позволило сформулировать два основных вывода: 1) между уровнем МДА в эякуляте и микроскопическими и количественными показателями сперматогенеза имеется четкая зависимость: чем выше уровень МДА в эякуляте, тем ниже концентрация сперматозоидов, их подвижность и жизнеспособность на фоне прироста относительного количества патологических форм; 2) степень токсичности того или иного неблагоприятного фактора определяется не только и не столько силой его действия, но и его направленностью по отношению к различным звеньям и компонентам репродуктивной системы.