Влияние свинца на показатели спермогенеза при мужском бесплодии

Размещено на http://www.allbest.ru

Одесский национальный медицинский университет 2Городская больница №10 г. Одессы 3Украинский НИИ медицины транспорта, г. Одесса

Костев Ф.И., Меленевский А.Д., Варбанец В.А.,

Пыхтеева Е.Г., Большой Д.В., Меленевский Д.А., Чайка А.М.

Summary

INFLUENCE OF LEAD ON INDICATORS OF SPERMOGENESIS IN

MALE INFERTILITY

Kostev F.I.1,2, Melenevsky A.D.1,2, Varbanets V.A.2, Pykhtieieva E.G.3, Bolshoy D.V.3, Melenevsky D.A.2, Chaika A.M .1,2 1 Odessa National Medical University 2 City Hospital No. 10 of Odessa 3 Ukrainian Research Institute of Transport Medicine, Odessa

The influence of the concentration of lead in semen on its quality was studied using 104 men from infertile couples as examples. It has been shown that the impact of occupational and environmental exposure to lead on men of reproductive age is threshold in nature. Sperm quality changes only when the individual threshold for sperm concentration is exceeded. The toxic effect of lead on sperm quality depends on the concentration of Zn, Ca, Mg. A decrease in the concentration of these elements in semen leads to activation of the mechanisms of their transport to the gonads, which is accompanied by an excess supply of lead by the mechanism of “molecular mimicry”. A decrease in sperm concentration for any reason leads to an increase in the “specific concentration of lead”, i.e. the number of lead atoms per sperm and competing with zinc or calcium for binding to biological targets, which changes the activity of the main enzymes, reduces DNA repair and, consequently, leads to a decrease in the percentage of morphologically normal and motile spermatozoa. Ensuring a sufficient supply of essential elements is a prerequisite for the treatment of male infertility.

Keywords: male infertility, lead, zinc, calcium, magnesium, sperm quality indicators

Резюме

Влияние концентрации свинца в сперме на ее качество было изучено на примере 104 мужчин из бесплодных пар. Было показано, что влияние профессиональной и экологической экспозиции свинцом на мужчин репродуктивного возраста носит пороговый характер. Изменение качества спермы происходит только при превышении индивидуального порога концентрации свинца в сперме. Токсичное воздействие свинца на качество спермы зависит от концентрации Zn, Ca Mg. Снижение концентрации этих элементов в сперме приводит к активации механизмов их транспорта в гонады, что сопровождается избыточным поступлением свинца по механизму «молекулярной мимикрии».

Снижение концентрации сперматозоидов по любой причине приводит к повышению «удельной концентрации свинца», т.е. количеству атомов свинца, приходящихся на 1 сперматозоид и конкурирующих с цинком или кальцием за связывание с биологическими мишенями, что изменяет активность основных ферментов, снижает репарацию ДНК и, следовательно, ведет к снижению процента морфологически нормальных и подвижных сперматозоидов. Обеспечение достаточного поступления эссенциальных элементов является необходимым условием лечения мужского бесплодия.

Ключевые слова: мужское бесплодие, свинец, цинк, кальций, магний, показатели качества спермы

Резюме

ВПЛИВ СВИНЦЮ НА ПОКАЗНИКИ СПЕРМОГЕНЕЗУ ПРИ ЧОЛОВІЧОМУ БЕЗПЛІДДІ

Костєв Ф.І.1'2, Меленевский А.Д.1'2, Варбанец В.А.2, Пихтєєва Е.Г.3, Большой Д.В.3, Меленевский Д.А.2, Чайка А.М.1,2

10деський національний медичний університет 2 Міська лікарня №10 м.Одеси 3 Український НДІ медицини транспорту, м. Одеса

Вплив концентрації свинцю в спермі на її якість було вивчено на прикладі 104 чоловіків з безплідних пар. Було показано, що вплив професійної та екологічної експозиції свинцем на чоловіків репродуктивного віку носить пороговий характер. Зміна якості сперми відбувається тільки при перевищенні індивідуального порога концентрації свинцю в спермі. Токсична дія свинцю на якість сперми залежить від концентрації Zn, Ca, Mg. Зниження концентрації цих елементів в спермі призводить до активації механізмів їх транспорту в гонади, що супроводжується надмірним надходженням свинцю за механізмом «молекулярної мімікрії». Зниження концентрації сперматозоїдів по будь-якій причини призводить до підвищення «питомої концентрації свинцю», тобто кількості атомів свинцю, що припадають на 1 сперматозоїд і конкуруючих з цинком або кальцієм за зв'язування з біологічними мішенями, що змінює активність основних ферментів, знижує репарацію ДНК і, отже, веде до зниження відсотка морфологічно нормальних і рухливих сперматозоїдів. Забезпечення достатнього надходження есенціальних елементів є необхідною умовою лікування чоловічого безпліддя.

Ключові слова: чоловіче безпліддя, свинець, цинк, кальцій, магній, показники якості сперми

Введение

свинец репродуктивный сперма лечение

Распространенность мужского бесплодия высока в разных регионах мира, и в последние десятилетия ситуация все более усугубляется [1, 2, 3]. Одной из основных групп риска мужского бесплодия являются работники морского транспорта. По данным проведенного авторами анкетирования, более 60 % мужчин из бесплодных пар в Одессе работают в море по 4-9 месяцев на рядовых и командных должностях. С такой ситуацией сталкиваются и в других странах с развитым морским транспортом [4]. Как правило, как причина и/или дополнительный фактор ухудшения репродуктивного здоровья рассматривается режим питания, малоподвижный образ жизни, сексуальная депривация и воздействие вредных химических веществ.

Экономическая целесообразность и незаменимость свинца для изготовления матрично-каркасных структур, батарей, лакокрасочных и гальванических покрытий, пайки и т.д. обусловливает его широкое применение, которое, в свою очередь, предполагает эмиссию этих элементов в природную среду при производстве, использовании или утилизации широкого ассортимента продукции.

Если еще 30-40 лет назад речь шла о высокодозовом воздействии металлов-токсикантов [5, 6], то в последние годы основное значение приобретает воздействие низких доз металлов в результате приема загрязненной пищи и воды, контакта с почвой или вдыхания пыли с воздухом [7, 8].

Тяжелые металлы чрезвычайно токсичны, могут вызывать вредные эффекты при очень низких дозах и обладают способностью к кумуляции в тропных тканях. Несмотря на эволюционные механизмы защиты репродуктивных органов от проникновения свинца, существует возможность его проникновения в гонады при использовании транспортных путей кальция и цинка [9].

Судя по литературным данным, свинец связан с изменением качества спермы. У работников индустриально сферы и населения территорий с техногенным загрязнением Pb негативно влияет на подвижность, морфологию и концентрацию сперматозоидов [10, 11, 12]. Ранее Pant N. et al. наблюдали повышение концентраций Pb и Cd в сперме бесплодных мужчин и значительную отрицательную связь Cd и Pb с подвижностью и концентрацией сперматозоидов у мужчин с олигоастеноспермией. Это исследование показало, что концентрация Pb (5070 мкг/л) и Cd (40 -- 60 мкг/л) может влиять на профиль спермы без явных признаков нарушения мужской репродуктивной эндокринной функции. Henson M. и Chedrase J. отметили, что воздействие тяжелых металлов волнообразно изменяют биосинтез прогестерона, ингиибируя при высоких дозах и стимулируя -- при низких [13]. Возможные механизмы, вовлеченные в изменение стероидогенеза, включают вмешательство в ДНК-связывающий Zn-мотив. Кроме того, нельзя забывать о ингибирующем действии тяжелых металлов на прои антиоксидантные ферменты, что неизменно приводит к проявлению оксидативного стресса [14]

На сегодняшний день данные о влиянии соединений свинца на спермогенез противоречивы. Недостаточно изучено его низкодозовое воздействие на репродуктивное здоровье мужчин в связи с обеспеченностью эссенциальными элементами, прежде всего кальцием и цинком.

Цель исследования -- изучение связи между содержанием микроэлементов в семенной жидкости и качеством спермы (концентрация, морфология, жизнеспособность и подвижность) мужчин Одесской области для определения потенциальной репродуктивной токсичности свинца.

1. Материалы и методы

Проведен ретроспективный анализ 108 клинических случаев эскреторно-токсического мужского бесплодия с проведением комплексной диагностики на базе Университетской клиники (УК) Одесского национального медицинского университета за период с 2016 по 2019 гг. Целевая выборка сформирована из общего вариационного ряда пациентов с диагнозом первичной или вторичной инфертильности и сохраненной эректильной функцией после исключения анамнестических и катамнестических данных в пользу скомпрометированного состояния репродуктивной системы (травмы, новообразования, оперативное, химиотерапевтическое или лучевое лечение) и отягощенного коморбидного фона (заболевания печени и почек, сахарный диабет, ожирение II и III ст., прием лекарственных препаратов). Изучали содержание тяжелых металлов в семенной жидкости, антропометрические данные (возраст и индекс массы тела), наличие вредных привычек (употребления алкогольных и табачных продуктов) и показатели качества спермы. Все участники были полностью проинформированы о цели данного исследования и подписали форму согласия. Исследование было одобрено комитетом по биоэтике Одесского национального медицинского университета. Все пациенты были трудоспособного и детородного возраста. Средний возраст пациентов 33 года (максимальный 58 (1 чел), минимальный -- 24). Распределение по возрасту представлено на рис. 1.

Общая выборка была стандартизована по антропометрическим и клиническим параметрам. Все пациенты проходили ежегодное медицинское обследование и были дообследованы на предмет специфической соматической патологии. 67 человек работали последние 5 лет на судах с контрактами по 46 месяцев. Из обследованных людей курили в течение последних 5 лет и/или в настоящее время 68 человек (62,96 %). Умеренно употребляли алкоголь 83 человека (76,85 %). Оценивали свое питание как сбалансированное 82 человека, 26 человек никогда не употребляли фаст-фуд. Все обследованные проживали не менее 5 последних лет в условиях крупного промышленного города вне рейсов.

2. Определение металлов в семенной жидкости

Содержание Pb было определено методом атомно-абсорбционного (с электротермической атомизацией) (ETAAS), Са -- методом атомно-абсорбционного (с пламенной атомизацией) и Zn, Cu -- атомно-эмиссионного анализа (AES). Пробоподготовку проводили путем разложения образцов спермы в микроволновой печи в среде концентрированной азотной кислоты в герметичных сосудах из тефлона. Для построения калибровочных графиков использовали государственные стандартные образцы (ГСО). Пределы обнаружения составляли для Pb и Cu 1,0 мкг/ л, для Zn 0,1 мг/л, для Са 0,1 мг/л.

Рис.1 Возраст Распределение пациентов по возрасту

Анализ качества спермы Участники были проинформированы о необходимости воздерживаться от семяизвержения в течение не менее трех дней до сбора спермы. Все образцы были проанализированы на концентрацию и подвижность сперматозоидов в соответствии с руководящими принципами Всемирной организации здравоохранения (WHO 2010). Оценка процентной подвижности была сделана путем расчета процента подвижных сперматозоидов по сравнению с неподвижными клетками для 10 микроскопических полей. Для оценки морфологии высушенные на воздухе препараты были окрашены по Папа николау и классифицированы как нормальные или аномальные в соответствии с критериями ВОЗ (WHO 2010). Все процедуры были выполнены одним и тем же лаборантом. Средние межиндивидуальные коэффициенты вариации составили 13 %, 11 % и 14 % для концентрации, подвижности и жизнеспособности сперматозоидов, соответственно.

Дополнительно измеряли в крови лютеинизирующий гормон (ЛГ), пролактин ПРЛ, фолликулостимулирующий гормон (ФСГ), общий и свободный тестостерон, глобулин, связывающий половые гормоны (ГСПГ).

3. Результаты исследований и их обсуждение

О важной роли цинка в спермогенезе мы подробно писали в обзоре [15].Содержание цинка в эякуляте служит одним из достоверных показателей секреторной функции предстательной железы. Цинк входит в состав многих белков, регулирующих уровень транскипции и биосинтеза ДНК и РНК и протеинов. Соответственно этот микроэлемент обеспечивает контроль экспрессии генов в процессе пролиферации и дифференцировки клеток, также участвует в формировании чувствительности к различным гормонам и факторам роста.

Цинк участвует в регуляции активности ферментов спермоплазмы -- способствует процессам коагуляции и разжижения эякулята, угнетает спонтанную агглютинацию спермиев; повышает их подвижность, важен в обеспечении антибактериальной активности семенной жидкости. Антиоксидантное действие цинка связано с активацией глутатионпероксидазы сперматозоидов, обеспечивающей инактивацию свободных форм кислорода. Достаточная активность этого фермента обеспечивает нормальное созревание и подвижность сперматозоидов. Нормальное содержание цинка необходимо для нормального течения всех фаз дробления оплодотворённой яйцеклетки, до фиксации в полости матки. Количество цинка и других микроэлементов оказывает значительное влияние на оплодотворяющие свойства эякулята. Низкий уровень цинка в сперме отмечается при воспалительных заболеваниях предстательной железы и раке простаты.

В таблице 1 представлены статистически обработанные данные о содержании химических элементов в сперме бесплодных мужчин.

Таблица 1 Статистически обработанные данные о содержании химических элементов в сперме мужчин из бесплодных пар, N = 108