Влияние облучения на состояние сперматогенеза родителей и потомства.
|
В настоящее время существующие методы оценки генетических последствий облучения не позволяют составить представления о реальной частоте мутационного эффекта этого фактора для человека [1–3, 19]. Практически отсутствуют сведения о генетических последствиях аварии на ЧАЭС у ликвидаторов радиоактивного загрязнения. Вместе с тем экспериментально показано, что пролонгированный генетический эффект облучения родителей проявляется не только в виде доминантных летальных мутаций, но задержкой развития, снижением устойчивости к повреждающим воздействиям организма у потомства, в том числе и половых клеток, в генетической нестабильности потомства [4, 5, 14]. Для популяции явление высокой чувствительности половых клеток к повреждающим воздействиям опасно тем, что проявляется не только на пораженной особи, но и через половые клетки последних, на потомстве. Ряд исследователей считают, что наиболее опасны для здоровья будущего потомства слабые воздействия на родителей, совместимые с дальнейшим развитием их половых клеток и участием последних в оплодотворении, с переносом в эмбрион генетических нарушений. Вышесказанное свидетельствует о необходимости расширять исследования последствий воздействия радиации на генеративные потенции родителей и их потомство.
Материал и методы Проведено многостороннее исследование генеративной функции ликвидаторов последствий аварии на ЧАЭС (ЛПА) [6, 11, 12]. Результаты спермиологического анализа, проведенные через 4, 6 и 8 лет после участия ЛПА в работе в зоне ЧАЭС, позволили выявить заметные отклонения по ряду показателей спермограммы, причем в некоторых случаях – на протяжении нескольких лет наблюдения [6]. Средние дозы облучения колебались между 6,5 и 23,8 сГр. Примерно у каждого пятого ЛПА отмечена олиго-, астено-, некро- или тератозооспермия, иногда – сочетанные характеристики. Повышалось число незрелых половых клеток (НПК) в эякуляте. Выявлено снижение концентрации лимонной кислоты, фруктозы и ионов цинка в эякуляте, что свидетельствует о нарушении физиологии дополнительных половых желез. Данные ультразвукового исследования подтверждают наличие конгестивного хронического простатита или простатовезикулита. Сексологическое тестирование позволило выявить у 1/3 ЛПА нарушение копулятивной функции, сопровождаемой снижением психогенной мотивации полового акта. Установлено значительное снижение концентрации витамина Е в спермоплазме по сравнению с таковой в сыворотке крови; снижение активности одного из компонентов антиоксидантной системы [6]. Примененный нами при комплексном обследовании 27 ЛПА авторский метод количественного анализа состава НПК из осадка эякулята позволил установить статистически значимое повышение числа сперматоцитов на стадиях до пахитены (табл. 1) (1,18±0,42 по сравнению с 0,66±0,16 – средним значением этого критерия оценки у доноров эякулята – в группе из 23 человек [11]). Т.е. у ЛПА нами выявлен частичный блок сперматогенеза на стадиях прелептотены-лептотены-зиготены, а также достоверное снижение числа сперматоцитов в пахитене профазы I мейоза (0,10±0,03 по сравнению с усредненным показателем индекса пахитены для группы доноров – 0,45±0,10) и количества сперматоцитов 2 и сперматид [11]. Эти количественные данные свидетельствуют о нарушении важных генетических событий в сперматогенезе ЛПА: патологии процессов, обусловливающих конъюгацию гомологичных родительских хромосом в зиготене профазы I мейоза и кроссинговер (обмен участками хромосом между родительскими гомологами) в пахитене, а также снижает число сперматоцитов, вступающих в следующие стадии гаметогенеза. Не исключено проявление этих нарушений мейоза через половые клетки отцов на состоянии здоровья их потомства, зачатого после участия отцов в работе как ЛПА (или при других подобных ситуациях с вредными воздействиями). Таблица 1. Характеристика состава незрелых половых клеток из эякулята (НПК) обследованных мужчин (в % от числа подсчитанных клеток)
* p меньше 0,05 О возможном риске нарушения генеративной функции у потомства от облученных отцов свидетельствуют данные литературы [5, 9, 10, 14]. Мы изучали действие облучения на сперматогенез крыс и их потомства 1-го поколения (F1). В I серии исследований мы проводили однократное общее облучение самцов крыс (линия Вистар, возраст 4 мес, масса 250–350 г) тремя разными дозами при мощности облучения 0,003 Гр/с; источником облучения на установке “Луч” Обнинского медицинского радиологического научного центра служил 60Со. Животных забивали в сроки – через 6,5 мес (доза облучения 1 Гр) и через 15,5 мес (доза облучения 1, 0,5 и 0,25 Гр) (табл. 2). В трех экспериментальных группах крыс по техническим обстоятельствам исследовали по 3 животных. Поскольку для каждой крысы состояние сперматогенеза изучали в 100 канальцах, в каждом из которых содержалось большое количество половых клеток, и так как по ряду использованных критериев разница между контрольными и экспериментальными группами была статистически значима, мы сочли возможным отразить в сообщении эти количественные данные, полученные на малом числе животных. Состояние сперматогенеза оценивали на гистопрепаратах семенников по ряду количественных морфологических критериев: по числу извитых семенных канальцев (ИСК) с отсутствием половых клеток (ИСК с запустеванием) или со слущиванием половых клеток в просвет ИСК; по числу слоев (стадий развития) половых клеток на 100 поперечных срезах ИСК (в %), отражающих наличие гамет на разных этапах сперматогенеза. Наличие 1 слоя (стадии) гамет соответствует присутствию в ИСК сперматогониев; 2 стадий – присутствию сперматогониев и первичных сперматоцитов (на стадиях профазы I мейоза); выявление ИСК с 3 стадиями свидетельствует о развитии сперматогенеза до сперматид включительно, с 4 стадиями развития гамет отражает наличие всех стадий сперматогенеза, включая сперматозоиды. Определяли также индекс сперматогенеза по сумме всех подсчитанных стадий половых клеток, разделенной на 100 ИСК (в %) [18, 20]. Достоверность количественных различий между средними значениями контрольных и экспериментальных выборок оценивали по t-критерию Стьюдента. Таблица 2. Состояние сперматогенеза у облученных крыс (в %)
* статистически значимое отличие от контрольной групп. Выявлено, что у самцов крыс при общем однократном облучении ни при какой из трех использованных доз облучения число сперматозоидов статистически значимо не изменяется (по сравнению с контролем). Количественный анализ состояния сперматогенеза крыс через 6,5 мес после облучения дозой 1 Гр свидетельствует о снижении индекса сперматогенеза и числа ИСК с 3–4 стадиями половых клеток (т.е. о нарушении спермиогенеза), а также об активном слущивании гамет в просвет ИСК (см. табл. 2). При анализе яичек крыс через 15,5 мес после облучения (по сравнению с таковым у крыс через 6,5 мес после облучения в дозе 1 Гр) прослеживается тенденция к улучшению состояния сперматогенеза: снижению числа ИСК с запустеванием и слущиванием половых клеток. У крыс, облученных дозой 0,25 Гр, повреждающий эффект выражался лишь в возрастании числа ИСК со слущиванием гамет, что, по-видимому, отражает компенсаторную реакцию органа на низкую дозу облучения (см. табл. 2) [8]. Во II серии экспериментов изучали влияние однократного общего облучения (в дозе 0,5 Гр) самцов крыс на сперматогенез их потомства F1. Спаривание облученных самцов проводили через 2 нед после облучения, таким образом, в оплодотворении участвовали сперматозоиды, произошедшие от облученных сперматид. В литературе показано, что сперматиды являются одной из чувствительных стадий к облучению (Нефедов, 1998). Согласно нашим наблюдениям, у мужского потомства F1 от однократно облученных отцов снижается: число сперматозоидов в эякуляте, индекс сперматогенеза, число ИСК с 3–4 стадиями гамет и возрастает число ИСК с их слущиванием (табл. 3) [7, 13]. Все это является доказательством того, что однократное общее облучение отцов отражается на сперматогенезе потомства F1, вызывая интенсивное нарушение межклеточных контактов (между половыми клетками, между последними и клетками Сертоли), дегенерацию половых клеток и их слущивание в просвет ИСК, что в конечном счете приводит к снижению числа полноценных зрелых сперматозоидов. Таблица 3. Состояние ИСК у крыс F1 от облученных самцов (в %)
В настоящем сообщении мы не будем обсуждать проблему различий в чувствительности разных стадий гаметогенеза к повреждающим факторам. Мы кратко отметим лишь доказательства поражения генеративной и репродуктивной в целом функции у потомков облученных родителей. Наши данные, выявившие нарушение непосредственно гаметогенеза у потомков F1 от однократно облученных отцов (в дозе 0,5 Гр), согласуются с результатами детального анализа последствий облучения родителей (в дозе 2–4 Гр) на онтогенез потомства F1 и F2. Рядом авторов [14–16] показано, что облучение обоих родителей отражается на потомках по крайней мере двух поколений: у потомков F1вызванные радиацией нарушения реализуются в виде эмбриолеталей; у F2 – в ранний постнатальный период; у F3 – нарушение эмбриогенеза. Прослежено, что “интегральные генетические последствия” для F1 зависят от стадии гамет, на которые пришлось облучение родителей. Важным в серии работ этих исследователей является также вывод о том, что половозрелые самцы потомства F1 обоих облученных родителей являются в более выраженной степени носителями посттрадиационных наследственных нарушений, чем женское потомство [14–16]. Наши исследования последствий облучения самцов были ограничены морфологической оценкой эффекта, повреждающего репродуктивное здоровье потомства от однократно облученных отцов. Цитогенетические и молекулярно-цитогенетические исследования позволили бы определить уровень хромосомных нарушений в половых клетках потомства от облученных отцов. Например, при ультраструктурном анализе состояния синаптонемного комплекса (специфической для мейотических хромосом структуры) в сперматоцитах в пахитене стерильных или субфертильных F1 потомков от облученных самцов выявлено высокое число гамет на стадии пахитены с хромосомными перестройками. Причем число последних на стадии диакинез-метафаза было меньшим, чем на стадии пахитены [9, 10]. Молекулярно-генетические исследования по ряду маркеров в свою очередь позволяют выявить определенные генные мутации [1–3, 17], возникшие у потомства вследствие облучения отцов. Таким образом, проблема оценки влияния отдаленных генетических последствий на здоровье потомков от пораженных повреждающими факторами родителей может быть решена с помощью комплекса современных методов исследования [1–3, 19], что позволит, в свою очередь, успешно проводить профилактику нарушений репродуктивного здоровья потомства. Л.Ф. Курило, В.В. Евдокимов, В.И. Ераcова, Л.В. Шилейко Медико-генетический научный центр РАМН, НИИ урологии Минздрава РФ, Москва Литература 1. Бочков Н.П., Чеботарев А.Н. Наследственность человека и мутагены внешней среды. М: Медицина 1989; 272. 2. Бочков Н.П., Аклеев А.В., Балева Л.С. Генетические последствия челябинских и чернобыльских радиоактивных загрязнений. Вестн РАМН 1996; 6: 64-72. 3. Бочков Н.П., Катосова Л.Д. Генетический мониторинг популяций человека при реальных химических и радиационных нагрузках. Вестн АМН СССР 1992; 4: 10-14. 4. Воробьева М.В. Исследование радиочувствительности хромосом детей облученных родителей: Автореф. дис. ... канд. биол. Наук. С.-П. 1995; 16. 5. Воробцова И.Е. Влияние облучения родителей на физиологическую полноценность и риск канцерогенеза у потомства первого поколения организмов разных видов: Автореф. дис. ... докт. биол. наук Л-д, 1988; 43. 6. Евдокимов В.В., Ерасова В.И., Демин А.И. Функция репродуктивной системы у ликвидаторов. Мед радиол и радиац безопасность 1995; 142-143. 7. Евдокимов В.В., Ерасова В.И., Кирпатовский В.И и соавт. Влияние однократного общего облучения крыс на репродуктивную систему и содержание витаминов в органах у потомства. Бюлл эксперим биол и мед 1998; 126: 12: 652-654. 8. Евдокимов В.В., Коденцова В.М., Курило Л.Ф. и соавт. Витаминный статус и сперматогенез крыс в поздние сроки после облучения разными дозами. Бюлл эксперим биол и мед 1999; 128: 7: 42-44. 9. Каликинская Е.И., Богданов Ю.Ф., Коломиец О.Л. и соавт. Анализ хромосомных перестроек на основе синаптонемных комплексов у потомков мышей, облученных гамма лучами. Генетика 1986; 22: 7: 1119-1126. 10. Каликинская Е.И. Электронно-микроскопический анализ хромосомных перестроек на основе синаптонемных комплексов в потомстве облученных мышей: Автореф. дис. ... канд. биол. Наук. М 1988; 18. 11. Курило Л.Ф., Дубинская В.П., Остроумова Т.В. и соавт. Анализ патологии сперматогенеза различной этиологии по эякуляту. Пробл репрод 1995; 1: 3: 33-38. 12. Курило Л.Ф., Гаева Т.Н., Шилейко Л.В. и соавт. Использование незрелых половых клеток эякулята для количественной оценки состояния сперматогенеза. Тез. докл. 3 Конгр. Ассоц. Морфологов (АГЭ), Тверь, 1996. Морфология 1996; 109: 2: 64. 13. Курило Л.Ф., Евдокимов В.В., Шилейко Л.В. Состояние сперматогенеза у ликвидаторов последствий аварии на Чернобыльской АЭС. Мат-лы н/практич. конф. "Результаты и задачи медицинского наблюдения за состоянием здоровья участников ликвидации последствий катастрофы на Чернобыльской АЭС в отдаленном периоде". М., ГУЗ, МОНИКИ, и др., 1998; 60-65. 14. Нефедов И.Ю. Наследственные последствия облучения обоих родителей (экспериментальное исследование на крысах линии Вистар): Автореф. дис. .. докт. биол. Наук. Обнинск 1998; 52. 15. Нефедов И.Ю., Палыга Г.Ф. Лучевые эффекты в онтогенезе потомства одного или обоих облученных родителей. Радиац. Биология. Радиоэкология 1995; 35: 3: 375-380. 16. Палыга Г.Ф., Нефедова И.Ю., Нефедов И.Ю. Связь сроков пострадиационного зачатия после облучения обоих родителей крыс с распределением в онтогенезе гибели потомства второго поколения. Мед радиология 1994; 4: 29-32. 17. Пузырев В.П., Степанов В.А. Патологическая анатомия генома человека. Новосибирск, Наука, 1997; 224. 18. Ухов Ю.И., Астраханцев А.Ф. Морфометрические методы в оценке функционального состояния семенников. Архив анат 1983; 84: 3: 66-72. 19. Шевченко В.А. Генетические последствия облучения человека. Природа 1989; 11: 24-32. 20. Fogg L.C., Cowing R.F. The changes in cell morphology and histochemistry of the testis following irradiation and their relation to other induced testicular changes. 1. Quantitative random sampling of germinal cells at intervals following direct irradiation. Cancer Res 1951; 11: 1: 23-28. |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||