Изменение некоторых показателей мужской половой системы крыс при токсическом действии свинца и эффект биопрофилактики

Введение

Среди причин низкого демографического потенциала России существенное место занимает воздействие вредных химических факторов различного происхождения. Население регионов с развитым производством традиционно подвергается высокой комплексной химической нагрузке в среде обитания и рабочей зоне¹. При этом свинец выступает в роли одного из самых распространённых промышленных поллютантов, загрязняющих среду обитания, вследствие чего возникают риски для здоровья и самого человека, и его потомства. Изучению токсического действия соединений свинца неорганического происхождения посвящены многие исследования, однако отдалённые эффекты как серьёзная угроза здоровью будущих поколений изучены недостаточно.

Существенную роль в борьбе с высокой химической нагрузкой играет стратегия биологической профилактики на население, повышающая устойчивость организма, его адаптационные и элиминационные возможности. Разработанные биопрофилактические комплексы (далее – БПК), в состав которых входят безвредные вещества, обладающие протекторными свойствами, продемонстрировали свою эффективность в предыдущих экспериментах, реализованных на базе ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора [1–3]. Необходимость разработки и модернизации мер биологической профилактики, позволяющих снижать риски отдалённых токсических эффектов свинца, относятся к актуальным задачам токсикологии.

Цель работы – выявление изменений некоторых биохимических и гистоморфологических показателей мужской половой системы крыс на фоне субхронического действия ацетата свинца и оценка эффективности разработанного биопрофилактического комплекса (далее – БПК), предназначенного для уменьшения выраженности этих токсических эффектов.

Материал и методы

Исследование одобрено локальным комитетом по биоэтике ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП Роспотребнадзора (протокол ЛЭК № 1А от 03.02.2025). Эксперимент проведён на белых беспородных крысах-самцах в возрасте от 4 до 6 месяцев (филиал «Андреевка» ФГБУН НЦБМТ ФМБА России, Московская область, Солнечногорск, рп. Андреевка. Сертификат № 181164, дата выдачи 09.12.2024). Перед проведением эксперимента крыс содержали в карантине, после чего они были допущены до зоны содержания в виварии, условия которого соответствовали ГОСТ 33216–2014². Крысы получали специализированный корм, соответствующий ГОСТ Р 50258–92³, и очищенную питьевую воду. Температура, влажность и подвижность воздуха соответствовали комфортным и безопасным для лабораторных животных условиям на протяжении всего эксперимента. В помещениях содержания лабораторных животных был искусственно создан режим «день – ночь» с имитированием заката и рассвета. На протяжении всего эксперимента проводили ежедневный ветеринарный контроль животных.

Для реализации эксперимента были сформированы четыре группы, каждая из которых состояла из восьми крыс-самцов:

1. Контрольная группа не подвергалась экспозиции.
2. Группа Pb получала ацетат свинца перорально на протяжении 45 дней в дозе 819 мг/л).
3. Группа Pb + БПК получала биопрофилактический комплекс на фоне экспозиции ацетатом свинца.
4. Группа БПК получала биопрофилактический комплекс без экспозиции ацетатом свинца.

Состав биопрофилактического комплекса и дозировки для лабораторных животных представлены в таблице.

Через 21 день после окончания экспозиции у крыс отбирали цельную кровь для последующей оценки активности изоформы HSD3b1 полового фермента 3β-гидроксистероиддегидрогеназы (далее – 3bHSD) в сыворотке, а также семенники для морфометрического исследования гистологических препаратов (окраска гематоксилином и эозином) и цитоморфологического анализа мазков-отпечатков (окраска по Лейшману). Активность изоформы HSD3b1 определяли методом иммуноферментного анализа в соответствии с инструкцией к диагностическому набору. В рамках гистоморфологического анализа оценивали изменение просвета семенных канальцев, угла головки сперматозоидов, проводили подсчёт патологических форм сперматозоидов и клеток Сертоли с дегенеративно-дистрофическими изменениями.

Статистический анализ проведён с использованием Т-критерия Стьюдента и U-критерия Манна – Уитни. Нормальность данных оценивалась с помощью теста Шапиро – Уилка. Различия считались статистически значимыми, если вероятность различия не превышала 5% (р < 0,05).

Результаты

По результатам исследования наблюдалась тенденция к увеличению активности изоформы HSD3b1 фермента 3bHSD у крыс группы Pb в 1,5 раза по сравнению с Контрольной, тем не менее изменения не достигали статистической значимости. Крысы групп Pb + БПК и БПК продемонстрировали значения этого показателя на уровне контроля (рис. 1).

Сравнение гистологической картины семенников группы Контроль и группы БПК продемонстрировало отсутствие существенных различий. В обеих группах отсутствовали какие-либо морфологические изменения, носящие патологический характер. По результатам микроскопирования гистологических препаратов установили, что фиброзная оболочка семенников представлена тонким слоем соединительной ткани, паренхима органа – извитыми семенными канальцами округлой и (или) элипсоидной формы в зависимости от особенностей проходящего среза (прямой и тангенциональный). Внешняя оболочка канальцев представляет собой очень тонкий слой соединительной ткани кольцевидной формы, по внутреннему контуру которой располагается ровный слой миоидных клеток, включающий внутренний миоидный слой, непосредственно расположенный на базальной мембране, и слой фибробластоподобных клеток. Слой сперматогенного эпителия выражен равномерно. В зависимости от уровня срезов наблюдались разные стадии сперматогенеза. Тем не менее практически во всех канальцах сохранялись все слои: в наибольшем количестве были представлены сперматозоиды и поздние формы сперматид, по периферии кровеносных сосудов определялись клетки Лейдига в количестве 3–5 штук в одном поле зрения.

При гистологическом исследовании препаратов группы Pb выявлено, что количество сперматозоидов и сперматоцитов несколько уменьшено по сравнению с группой Контроль, на основании чего можно предполагать несколько сниженный уровень сперматогенеза. В отличие от групп Контроль и БПК в интерстиции наблюдалось меньшее количество клеток Лейдига: 2–3 в одном поле зрения. Вместе с тем в группе Pb + БПК изменения были выражены в меньшей степени по сравнению с группой Pb. При гистологическом исследовании выявлено, что количество сперматозоидов и сперматоцитов несколько уменьшено по сравнению с группой Контроль, однако их больше, чем в экспериментальной группе. Также отмечено большее по сравнению с группой Pb количество клеток Лейдига: 3–5 в одном поле зрения (рис. 2, а, б, см. на вклейке).

Согласно полученным данным, воздействие свинца привело к значимому уменьшению просвета семенных канальцев в группе Pb. В группе Pb+БПК изменения были незначительны и соответствовали контролю и группе БПК (рис. 3).

При анализе мазков-отпечатков семенников в группе Pb выявлена тенденция к увеличению дегенеративно-изменённых клеток Сертоли. Значения в группах Pb + БПК и БПК находились на уровне контроля (рис. 4).

В группе Pb выявлено значимое увеличение патологических форм сперматозоидов, в частности клеток с изменением угла головки по сравнению с контролем. Вместе с тем изменения в группе Pb + БПК носили менее выраженный характер или вовсе не отличались от контрольных значений (рис. 5, а, б).

Обсуждение

Одним из ключевых регуляторов синтеза половых гормонов является мембраносвязанный фермент 3bHSD из класса оксидоредуктаз [4]. Согласно данным научной литературы, для каждого полового гормона существует своя изоформа 3bHSD, характеризующаяся окислительной (оксидазы) или восстановительной (редуктазы) активностью, в зависимости от чего данный фермент может либо преобразовывать высокоактивный гормон в неактивный метаболит, либо наоборот. В настоящее время у крыс известны две изоформы 3bHSD – HSD3b1 и HSD3b2 [5]. В данном исследовании нами была оценена активность изоформы HSD3b1, отвечающей за синтез андрогенов преимущественно за пределами гонад. Выявленное в настоящем исследовании увеличение активности изоформы HSD3b1 у крыс-самцов группы Pb косвенно свидетельствует об усилении синтеза мужских половых гормонов. Вопрос влияния свинца на активность HSD3b1 остается спорным в научной литературе. Многие исследования свидетельствуют о том, что воздействие неорганических соединений свинца приводит к снижению уровня фермента 3bHSD [6–8], однако авторы зачастую не раскрывают информации о его конкретных изоформах, что затрудняет сопоставление и интерпретацию данных. В научной литературе также имеются данные, показывающие, что воздействие свинца и других токсичных металлов несколько повышает активность этого фермента [9].

В настоящем исследовании не было определено содержание половых гормонов в крови лабораторных животных, но мы полагаем, что наблюдаемое повышение HSD3b1 является следствием компенсаторных реакций организма на разрушение и (или) дисфункцию клеток, ответственных за синтез андрогенов, а не прямым следствием токсической экспозиции к свинцу. В таком случае эти изменения будут носить временный характер. Также немаловажным фактором, повлиявшим на изменение активности HSD3b1, был существенный (≈ 4 недели) период отсутствия экспозиции лабораторных животных свинцом непосредственно перед забором крови. Такая модель исследования открывает возможности для оценки отдалённых эффектов и в то же время позволяет организму экспериментальных животных восстановить функциональные резервы и задействовать компенсаторные механизмы. Очевидно, определенную роль в изменении метаболизма этого фермента играют не только само действующее вещество, но и сроки, пути экспозиции и объект исследования.

Известно, что клетки Лейдига ответственны за синтез мужских половых гормонов, в частности тестостерона [10, 11]. Наибольшее количество клеток Лейдига наблюдается в период половой зрелости, однако с возрастом их число постепенно снижается. Тестостерон относится к основным регуляторам сперматогенеза и половой функции в целом [12, 13]. В настоящем исследовании мы не определяли уровни половых гормонов, что не даёт возможности объективно судить о нарушении синтеза андрогенов. Тем не менее результаты гистоморфометрического анализа позволяют предположить положительное влияние БПК на функциональную активность механизмов сперматогенеза экспонированных крыс-самцов.

Стоит отметить, что изменение показателей сперматогенеза, вероятно, связано не только прямым действием ацетата свинца на клетки семенных желез, но и с нарушениями, вызванными в гипоталамо-гипофизарной системе, ответственной за нейроэндокринную регуляцию половой системы. Известно, что свинец ингибирует синтез лютеинизирующего гормона [14, 15] в аденогипофизе, одной из главных функций которого является стимуляция синтеза тестостерона. Также в пользу этой гипотезы свидетельствуют результаты наших предыдущих исследований, показавших выраженное токсическое воздействие ацетата свинца на центральную нервную систему лабораторных животных и нейропротекторный эффект БПК [16, 17]. Выявленные изменения позволяют лишь косвенно судить о нарушении нейрогуморальной регуляции, а для подтверждения этой гипотезы требуется определение уровня половых гормонов. При этом по изученным показателям разработанный БПК продемонстрировал протекторный эффект на фоне экспозиции к ацетату свинца.

Ограничения исследования. Нами не были оценены уровни половых гормонов, а также активность изоформы HSD3b2 фермента 3bHSD. Для полноты исследования и обоснования генотоксических рисков изучаемого фактора целесообразно определение экспрессии генов HSD3B1 и HSD3B2. Для установления причин некоторого повышения активности фермента HSD3b1 необходимы оценка его уровня в крови в динамике эксперимента, а также в восстановительный период, так как кратковременные компенсаторные реакции могут временно усиливать механизмы поддержания гомеостаза гормонов. Мы были ограничены в использовании одного исследуемого вещества, пути введения и сроков экспозиции.

Заключение

По результатам исследования у крыс-самцов, экспонированных ацетатом свинца, наблюдалось некоторое компенсаторное повышение активности фермента 3β-гидроксистероиддегидрогеназы, играющего важную роль в регуляции синтеза половых гормонов. Выявлены гистоморфометрические изменения: уменьшение просвета семенных канальцев, увеличение количества патологических форм клеток Сертоли и дегенеративно-измененных сперматозоидов. В совокупности полученные экспериментальные подтвердили протекторный эффект биопрофилактического комплекса по гистоморфометрическим показателям. Полученные данные выявили потенциал стратегии биологической профилактики, однако необходимо более глубокое и детальное изучение механизмов токсического воздействия свинца на мужскую половую систему и эффектов разработанного биопрофилактического комплекса.