УСПЕХИ СОВРЕМЕННОЙ БИОЛОГИИ, 2011, том 131, № 1, с. 16-29
УДК 599:591.044:539.1.047
ПРОТИВОЛУЧЕВАЯ ЗАЩИТА МУЖСКОЙ РЕПРОДУКТИВНОЙ СИСТЕМЫ: СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПРОБЛЕМЫ, ВОЗНИКШИЕ ПОСЛЕ АВАРИИ НА ЧЕРНОБЫЛЬСКОЙ АЭС
© 2011 г. Г.Г. Верещако1, А.М. Ходосовская2, Е.Ф. Конопля
1 Институт радиобиологии НАН Беларуси, Гомель, Беларусь 2 Белорусский государственный университет, Минск, Беларусь E-mail: irb@mail.gomel.by
1
Обобщены результаты исследований по оценке эффективности действия химических протекторов на мужскую репродуктивную систему (МРС) при облучении ионизирующей радиацией в больших дозах. Проанализированы работы, посвященные радиационной защите семенников и других органов МРС веществами естественного происхождения при облучении в малых дозах при хроническом радиационном воздействии. Показано, что некоторые витамины, гормоны, фито- и зоо-препараты, а также метаболиты промежуточного обмена, макро- и микроэлементы, минеральные воды и физиотерапевтические методы воздействия обладают выраженной способностью оказывать противолучевое действие на репродуктивную систему самцов млекопитающих в широком диапазоне доз.
Ключевые слова: мужская репродуктивная система, хроническое радиационное воздействие, противолучевая защита, метаболическая коррекция, радиопротекторы естественного происхождения, биологически активные вещества
ВВЕДЕНИЕ
Репродуктивная система самцов млекопитающих - одна из наиболее радиочувствительных систем в организме [5, 25, 75]. Половые клетки начальных стадий дифференцировки, особенно сперматогонии типа Б, обладая самой высокой чувствительностью к действию ионизирующих излучений, погибают при облучении в дозах, начиная с нескольких сантигрей. Гибель всей популяции сперматогоний приводит к полной стерильности организма. Однако сперматогонии типа А более устойчивы к радиационному воздействию, и какое-то их количество может сохраниться в семенниках облученного организма даже при сравнительно высоких дозах радиации, благодаря чему может происходить постепенное восстановление процесса сперматогенеза [25].
Чувствительность сперматоцитов и сперма-тид - половых клеток последующих этапов дифференцировки - к ионизирующим излучениям постепенно снижается, а зрелые половые клетки обладают сравнительно высокой радиорезистентностью. После облучения организма способность самцов к воспроизведению потомства снижается не сразу, поскольку сперматозоиды сохраняют оплодотворяющую активность, несмотря на
повреждение некоторых органелл клетки (митохондрии, аппарат Гольджи) [25]. Устойчивое поражение репродуктивной системы самцов млекопитающих, как правило, наблюдается при облучении организма в дозе 2.0 Гр и выше [8]. Помимо сокращения популяции половых клеток при действии облучения неменьшую угрозу представляют происходящие в них цитогенетические изменения, последствия которых могут привести к гибели или разнообразным аномалиям потомства первого поколения.
Клинические данные обследований мужчин-ликвидаторов аварии на Чернобыльской АЭС и лиц, проживающих на территориях радиоактивного загрязнения, показали, что даже относительно малые дозы облучения - от 5 до 35 сГр - вызывают у большинства из них нарушения процесса сперматогенеза, азооспермию, ухудшение копу-лятивной функции, снижение уровня тестостерона в крови [13, 15-17, 19, 41, 58]. В эякуляте обследованных повышается удельный вес малоподвижных и патологических форм сперматозоидов, в них выявляется значительное повышение активности ангиотензинпревращающего фермента, снижение содержания некоторых витаминов, происходит ослабление системы антиоксидант-ной защиты и т.д. [15, 41]. В ткани половых
желез, особенно у подростков и детей, накапливается 137Сз, который может оказать неблагоприятное влияние на структуру и функцию органов репродуктивной системы и развитие потомства [41, 52]. У мужчин-участников ликвидации аварии на ЧАЭС в первые три года регистрировались изменения периферического звена гипофиз-адре-наловой системы в виде гипотестостеронемии и гиперэстрадиолемии на фоне обычного уровня гонадотропинов и пролактина [23], у них был значительно снижен коэффициент воспроизводства [42]. Отклонения в функционировании мужской репродуктивной системы (МРС) сохраняются и спустя 13-14 лет после чернобыльской аварии [57].
Генетические последствия воздействия радиации связаны с увеличением частоты мутирования в половых клетках родителей, что в свою очередь, приводит к возрастанию частоты встречаемости мутаций у потомков. Однако анализ данных генетических эффектов у облученного населения Хиросимы и Нагасаки в результате атомной бомбардировки не выявил влияния радиации на потомков [94]. В то же время, постнатальные эффекты у детей, облученных в период внутриутробного развития в результате аварии на Чернобыльской АЭС, показал, что у детей формируется феномен геномной нестабильности, характеризующийся появлением многочисленных малых аномалий развития, увеличением частоты хромосомных аберраций в соматических клетках, снижением адаптационных возможностей организма к действию неблагоприятных факторов окружающей среды, повышением заболеваемости, нарушением важнейших систем жизнеобеспечения [53]. У детей ликвидаторов последствий аварии на ЧАЭС, подвергшихся внешнему облучению в дозах до 25 сГр, общая частота врожденных пороков развития достоверно выше, чем в среднем по Российской Федерации [43].
Исходя из этого, очевидно, что противолучевая защита МРС является одним из наиболее приоритетных направлений в радиобиологии, и решение этого вопроса имеет важное научное и практическое значение. В радиобиологических исследованиях этой проблеме всегда уделялось повышенное внимание. Необходимо также учитывать то обстоятельство, что проблема защиты МРС человека неотделима от противолучевой защиты организма в целом. Помимо того при проведении исследований по оценке радиозащитного действия препаратов на состояние МРС возникает немало сложностей. Прежде всего, следует отметить, что в большинстве случаев эффективность применения химических протекторов, используе-
мых для защиты органов МРС от повреждающего действия радиации, как правило, ниже, чем для защиты всего организма. Это связано с неравномерностью распределения в организме введенных веществ. Поступающие в организм препараты не могут проникнуть в половые железы через соответствующие физиологические барьеры в достаточной концентрации, вследствие этого содержание радиопротекторов в гонадах обычно значительно меньше, чем в кроветворных органах [59]. Главную роль в снижении проникновения этих препаратов в гонады играет активность гематотестикулярного барьера [14]. Существенным ограничением в противолучевой защите семенников и других органов МРС является также недостаточное количество средств, обладающих действием на данную систему.
Наиболее интенсивно исследования в этом направлении начали проводиться после атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки, и в последующие годы интерес к этой проблеме определялся разработкой и совершенствованием атомного и водородного оружия, а также развитием атомной энергетики. Основным направлением работ в области противолучевой защиты организма в тот период являлась разработка химических радиопротекторов при действии больших доз радиации. Большинство известных радиопротекторов воздействует на кислородзависимую компоненту радиационных повреждений. Это осуществляется путем взаимодействия со свободными радикалами, либо путем создания гипоксии, либо взаимодействием с защищаемым субстратом. По этой причине уровень защиты радиочувствительных клеток и организма в целом химическими протекторами не может превышать величины радиосен-сибилизирующего действия кислорода, в связи с чем, значение фактора изменения дозы - ФИД* не превышает 2-3 [3, 11, 61].
При оценке эффективности радиопротекторов на состояние МРС широко используются общебиологические, морфологические, генетические и биохимические методы исследований. В монографиях [48, 59] представлен достаточно подробный анализ о действии ионизирующих излучений на геном половых клеток при использовании различных радиопротекторов.
* ФИД - фактор изменения дозы (ранее также называвшийся ФУД - фактор увеличения или фактор уменьшения дозы) -количественный критерий эффективности радиопротекторов, который рассчитывается по соотношению равноповреж-дающих доз при облучении с протектором и без протектора.
В сообщении анализируются данные исследований, в которых оценивалась противолучевая эффективность как химических радиопротекторов, так и средств естественного происхождения и других веществ, оказывающих защитное влияние на репродуктивную систему. В качестве маркеров радиационного поражения и противолучевой защиты репродуктивной системы было исследовано состояние семенников и их придатков (эпидидимисов), количество половых клеток в органе и некоторые биохимические показатели ткани сперматогенного эпителия облученного организма.
АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ ПРОТЕКТОРОВ В ОТНОШЕНИИ РЕПРОДУКТИВНОЙ СИСТЕМЫ САМЦОВ МЛЕКОПИТАЮЩИХ ПРИ ОБЛУЧЕНИИ
Большинство химических радиопротекторов, как известно, представлены соединениями из класса индолилалкиламинов и меркаптоалкил-аминов [11, 61]. Первые исследования, в которых рассматривалась радиозащитная активность химических протекторов в отношении клеточного состава семенников млекопитающих, выполнены в конце 50-х - начале 60-х годов прошлого века и относились к оценке эффективности цистеамина [85, 87, 109]. В дальнейшем набор химических протекторов при исследовании их защитного действия на семенники был расширен.
При исследовании лучевой реакции спермато-генного эпителия у мышей на облучение в дозе 610 Р при введении диметилсульфоксида (4.5 мг/кг), защитного эффекта в герминативной ткани не выявлялось [45]. Однако при использовании диметилсульфоксида в указанной концентрации в сочетании с восстановленным глутатионом (500 мг/кг) и цистеамином (150 мг/кг) до облучения в дозе 610 Р число сперматогониев в семенниках животных на 8 сутки после воздействия превышало этот показатель у облученных животных в 4.4 раза [46].
Облучение организма тр
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.