Введение к работе
Актуальность темы. Проблема влияния агрессивных факторов внешней среды на мужскую репродуктивную функцию является весьма актуальной, поскольку гидоталамо-гипофизарио-тестикулярная система обладает высокой чувствительностью к различным токсическим воздействиям (Никитин А.И., 1998; Birabaum L, 1994; Toppari J. etal., 1997).
В настоящее время особое внимание привлекает поступление и накопление в воде и пищевых продуктах голигалогенированных ароматических соединений (ПГАС), в том числе, гербицидов на основе 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты (Майстреігко В.И. с соавт., 1996; Schechter A. et at., 1998). Даже после отказа от производства и применения фенокси-гербицвды и побочные продукты их синтеза и фотолиза, в частности, такие супертоксиканты, как полихлорзамещенные дибензо-л-диоксины (ПХДД), продолжают поступать в организм человека и животных еще в течение нескольких десятков лет(Румак B.C. с соавт., 1998; Wliitlock J., 1991). Это обусловлено длительностью и масштабами их применения, а также способностью накапливаться в окружающей среде.
Одним из характерных признаков итттоксикпции хлорорганическими соединениями является андрогенная недостаточность (Egeland G.: Sweeney М., 1994; Feeley М., 1995). Появились сообщения о распространении этого явления среди мужчин не только в экологически неблагополучных районах, но и в популяции в целом (Schumayer W., 1997).
Возрастание интереса к этой проблеме было стимулировано также многочисленными публикациями о снижении за последние полвека в развитых странах количественных и качественных показателей сперматозоидов у практически здоровых мужчин (Быков В.Л., 2000, Carlsen Е. et al., 1992; Comhaire F. et at., 1996; Glockner D., 1998). Одну из главных причин этого большинство специалистов усматривает в растущем загрязнении окружающей среды веществами с эстрогенными (т.н. ксеноэстрогены), ангиандрогеи-
' 2'
ными и гонадотропньши свойствами, которые способны изменять баланс половых стероидов в организме и вызывать нарушения репродуктивной функции (Dibb S., 1995; Smith L., 1996; Sohoni P., Suinpter J., 1998). Например, в образцах обыкновенной сажи обнаружена эстрогенная активносте, сопоставимая с активностью сыворотки крови беремеююй женщины (Rehmann К. et al, 1999). Сыворотка крови и эякулят мужчин, жителей Центральной Европы, также обладают повышенной эстрогенной и даже диоксиноподобной активностью (MachalaM. et al., 1999).
Диоксинсодержаїцие ПГАС относятся к основным гонадотоксическим соединениям. Гонадотропные свойства ПХДД проявляются при ежедневном поступлении в организм человека в ничтожных количествах, не превышающих нескольких десятков пг/кт массы тела (Ahlborg U., 1992), а діужская репродуктивная система в целом является специфической мишенью как для самих диоксинов, так и для феноксигербицидов (Каюмова А.Ф., 1996: Hanf V. et al., 1998). Примечательно, что гипотестостеронемия у мужчин, контактирующих по роду деятельности с диоксинами, индуцирует смещение соотношения производимого ими потомства в сторону преобладания женского пола (James W., 1997), т.е. феминизирующее влияние диоксинов проявляется не только на организменном, но и на популяционпом уровне.
Ранним и высокочувствительным маркером восприимчивости к ПХДД, через который реализуется большинство их эффектов, считается индукция экспрессии гена арильного углеводородного рецептора (McGuire J., 1998; Dassi С. et al., 1999). Этот диоксигоависимый ген экспрессируется в различных отделах репродуктивного тракта у мужских особей, но не у женских (Ка-shani М. et al, 1998; Yonemoto J. et al., 1998).
Таким образом, в настоящее время накоплен большой объем информации о взаимодействии мужской репродуктивной системы и ГГГАС. Однако молекулярные основы этих взаимоотношений остаются недостаточно изученными и не поддаются однозначной трактовке ввиду немногочисленности
'з
и противоречивости данных. Практически отсутствуют сведения о биохимических механизмах повреждающего действия 2,4-Д на гипоталамо-гипофизарно-тестнкулярную ось, не освещены особенности метаболизма в семенниках и андрогенчувствительных тканях, процессов стероидо- и сперматогенеза, зндоіфинной и генеративной функции. Без детального анализа этих аспектов представляются невозможными разработка патогенетически обоснованных подходов к ранней диагностике, профилактике и прогнозированию возникновения нарушений мужской репродуктивной сферы, а таюке методов их коррекции в условиях неослабевающего техногенного воздействия на окружающую среду.
Цель исследования состояла в раскрытии молекулярных механизмов действия диоксинсодержащего гербицида 2,4-ДА на мужскую репродуктивную систему на разных уровнях ее организации и регуляции, разработке на этой основе принципов предупреждения и лекарственной коррекции выявленных нарушений.
Задачи исследования.
-
Определение содержания в крови важнейших гормонов, регулирующих мужскую репродуктивную функцию, при воздействии хлорфенок-сигербицидов в эксперименте на животных.
-
Выявление показателей андрогенного статуса у мужчин, жителей районов Уфы, отличающихся условиями внешней среды и степенью близости к источникам химического загрязнения.
-
Характеристика функциональных резервов гипоталамо-гипофизарной системы, аденогипофиза и семенников при воздействии хлорфеноксигербивдгдов в эксперименте.
-
Изучение влияния гербицида 2,4-ДА на состояние ключевых обменных процессов в семенниках и андрогензависимых звеньев метаболизма в добавочных половых органах экспериментальных животных.
-
Определение биохимических параметров и функциональных свойств сперматозоидов и спермоплазмы при воздействии 2,4-ДА в эксперименте.
-
Исследование процессов сперматогенеза и оплодотворяющей способности при интоксикации 2,4-ДА.
-
Экспериментальная оценка эффективности различных схем лекарственной коррекции нарушений мужской репродуктивной функции.
Научная новизна.
Впервые осуществлен комплексный углубленный анализ состояния мужской половой системы при воздействии широко распространенных диок-синсодержащих гербицидов класса хлорфеноксикисяот. Получены новые данные о состоянии гшютадамо-гшофиззрно-гонадаой оси, обнаружены основные тенденции изменения эндокринной и герминативной функции семенников, выявлены ключевые этапы, ответствешвде за развитие нарушений функции воспроизведения на фоне длительного поступления малых и сверхмалых количеств экотоксикантов, т.е. в реальной экологической ситуации.
Установлено, что при отравлении 2,4-ДА у экспериментальных животных, а также у жителей крупного промышленного города с высокой техногенной нагрузкой, развивается дефицит аидрогенов и дисбаланс гормонов, контролирующих мужскую половую функцию, с абсолютной и относительной недостаточностью гонадотрогшнов и превалированием их функциональных антагонистов эстрадиола, пролактина и кортикотропина.
Впервые продемонстрированы демаскулинизиругащий и феминизирующий эффект как хлорфеноксисоединений, гак и проживания в регионе повышенного экологического риска, а также вовлечение надпочечниковых андрогенов в реализацию компенсаторно-приспособительных реакций в ответ на тестикулярную недостаточность.
Наиболее уязвимым звеном в иерархии гонадостата являются высшие координационные структуры, что нашло отражение в десснситизации пол-
' 5
компетентных клеток гипоталамо-гипофизарной системы к центральным и периферическим регулягорным влияниям.
Вскрыты молекулярные и клеточные механизмы изменения при интоксикации 2,4-ДА гаметогенеза и алдрогенопоэза в яичках: показано нарушение окислительно-восстановительных и анаболических процессов; неоднозначный характер динамики реакций свободнорадикального окисления и ан-тиоксидантной защиты; интактность ферментативных ансамблей биосинтеза половых стероидов; перераспределение спермато- и стероидогенных элементов с относительным преобладанием интерстиотальной ткани.
Впервые выявлены особенности андрогензависимых изменений функционирования некоторых ферментов углеводного обмена при воздействии 2,4-Д. Обнаружено >тнетенне как базалыгой активности гсксокнназы и фос-фофруктокиназы в предстательной железе и семенных пузырьках экспериментальных животных, так и снижение их чувствительности к стимуляции тестостероном. Наряду с этим установлена катаболическая направленность изменений некоторых показателей белкового и нуклеинового обмена в андрогензависимых тканях на фоне продолжительного поступления поллютанта.
Впервые при интоксикации феноксигербшщдами дана оценка морфо-функциональных свойств сперматозоидов в их связи с биохимическими и гормональными параметрами семенной жидкости и изменениями андрогеп-ного статуса в целом. В основе антифертильных эффектов 2,4-ДА лежат метаболические расстройства: торможение потребления кислорода и основных субстратов окисления, ингибирование ферментов пластического и энергетического обмена, нарушение соотношения процессов свободнорадикального окисления (СРО) и антиокеидантной защиты (АОЗ) в гаметах.
Новыми являются данные о принципиальной обратимости нарушений стероидо- и сперматогенеза, а также оплодотворяющей способности сперматозоидов при хроническом отравлении 2,4-ДА, что открывает перспективы их патогенетической коррекции.
б.
Теоретически обоснованы v экспериментально апробированы новые подходы х предупреждению развития мужской репродуктивной патологии в условиях воздействия феиоксисоеданениями с использованием лекарственных препаратов.
Научно-практическая значимость.
Установлены закономерности ответа центрального и периферического звеньев репродуктивной системы на отравление диоксинсодержащим гербицидом 2,4-ДА, охарактеризованы молекулярные и клеточные основы возникновения патологических и компенсаторных реакций оси гипоталамус-гипофиз-семенники-андрогенчувствительные органы при этом состоянии. Дано теоретическое обоснование вероятности реализации ададтацконко-приспособительного потенциала гонад при интоксикации феноксигербици-дами. Сформулирована концепция о преходящем характере снижения фер-тильности при условии проведения патогенетически обоснованной терапии и (или) прекращении контакта с поллютантом.
Полученные данные существенно расширяют и уточняют имеющиеся представления в области экологической эндокринологии и прикладной анд-рологии. Разработка механизмов развития репродуктивной патологии при отравлении диоксинсодержащими экотоксшсантами позволяет наметить пуга рациональной коррекции гормонально-метаболических и структурно-функциональных нарушений. Практически важным представляется впервые обнаруженное нами в эксперименте и клинике неизвестное ранее свойство препарата «Простатюіеп» (ГУП «Иммунопрепарат», Уфа) увеличивать содержание тестостерона в сыворотке крови при его дефиците.
Результаты исследования вызвали теоретический и практический интерес у ряда отечественных и зарубежных организаций, в частности, Научного центра акушерства, гинекологии и перинатологии Российской Академии медицинских наук, Национального комитета "Agent Orange/Dioxm" Организации ветеранов войны во Вьетнаме пря Конгрессе США и др.
' 7
Работа включена в Научно-техническую программу «Государственные приоритеты здоровья насеяеїшя Республики Башкортостан: профилактика заболевания и здоровый образ жизни» (Постановление Кабинета Министров РБ от 31.12.1999 № 405) в рамках направления «Молекулярно-биологические и генетические проблемы патогенеза».
Внедрение результатов исследования в практическую и теоретическую аядрологаю будет способствовать оптимизации методов диагностики и терапии заболеваний мужской половой сферы, снижению частоты случаев развития бесплодия, социальной адаптации и реабилитации лиц с репродуктивными нарушениями, обусловленными негативным влиянием внешней среды, и улучшению качества их жизни.
Внедрение результатов работы в практику. Материалы диссертации используются в учебной (научно-исследовательской) работе кафедр биохимии, биоорганической и клинической химии с курсом лабораторной диагностики ШТО, гистологии, нормальной физиологии, патологической физиологии, патологической анатомия, фармакологии № 1 и № 2, военной и экстремальной медицины, эндокринологии, общей хирургии с курсом урологии, гигиены. Центральной научно-исследовательской лаборатории Башгосмедуни-верситета, кафедр общей биологии, физиологии животных и биохимии Башкирского государствешюго аграрного университета, кафедры биохимии и биотехнологии Башкирского государственного университета, Регионального центра контроля качества лекарственных средств, Отдела токсикологии Уф-НИИ медицины труда и экологии человека и др.
Разработанный метод коррекции андрогенной недостаточности внедрен в практику работы Республиканского центра планирования и оказания помощи семье, урологического отделения Республиканской клинической больницы им. Г.Г.Куватова, Городского центра планирования семьи и репродукции (Уфа).
8 '
Апробация. Основные результаты исследований были представлены на республиканской научно-практической конференции «Диоксины: экологические проблемы и методы анализа» (Уфа, 1995), республиканских научных конференциях молодых ученых (Уфа, 1995; 1996; 1997), научной и учебно-методической конференции «Фармация - здравоохранению» (Уфа, 1996), международном симпозиуме «Биоантиоксиданто (Тюмень, 1997), II съезде Биохимического Общества Российской Академии наук (Москва, 1997), научных сессиях Башкирского государственного медицинского университета (Уфа, 1997; 1999), республиканской научно-практической конференции «Актуальные проблемы клинической токсикологии и методы детоксикации организма» (Уфа, 1997), XVII, XVHI и XIX международных симпозиумах но галогенировашшм органическим экотоксикантам (Индианаполис, 1997; Стокгольм, 1998; Венеция, 1999), юбилейной научной конференции «Фундаментальные и прикладные аспекты современной биохимии» (Санкт-Петербург, 1998), международном симпозиуме "Контроль и реабилитация окружающей среды" (Томск, 1998), ежегодных научных чтениях Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности (Санкт-Петербург, 1998), научно-практической конференции «Онкодогия-98» (Челябинск, 1998), Всероссийской научно-практической конференции "Биологические науки в высшей школе" (Бирск, 1998), региональных конференциях биохимиков Урала, Поволжья и Западной Сибири (Уфа, 1998; Челябинск, 1999), I Всероссийской конференции по митохондриалыюй патологии «Клинические и патогенетические проблемы нарушений клеточной энергетики» (Москва, 1999), республиканской межведомственной научно-практической конференции «Факторы здоровья мужчин» (Уфа, 1999), заседаниях Отделения медицинских наук АН РБ - Башкирского научного центра РАМН (Уфа, 1999; 2000), Президиумов АН РБ и Уфимского научного центра РАН (Уфа, 1999; 2000), Отделения профилактической медицины РАМН (Москва, 1999), совместном заседании Башкирского отделения Биохимического Общества
Российской Академии наук и кафедр биохимии, биоорганической и клинической химии с курсом лабораторной диагностики ИПО БГМУ (Уфа, 2000).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 39 работ.
Объем и структура диссертации. Работа изложена на 271 странице, содержит 40 таблиц, 47 рисунков, 6 микрофотографий, состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов, обсуждения, выводов, списка литературы (368 источников, из них 130 отечественных и 238 зарубежных) и приложения.
