Влияние эндокринных дизрапторов бисфенола А и триклозана на качество спермы у мужчин и экспериментальных животных
- Авторы: Чигринец С.В.1,2, Брюхин Г.В.1
-
Учреждения:
- Южно-Уральский государственный медицинский университет
- ООО «ДНК клиника»
- Выпуск: Том 100, № 4 (2019)
- Страницы: 629-635
- Тип: Экспериментальная медицина
- Статья получена: 30.07.2019
- Статья одобрена: 30.07.2019
- Статья опубликована: 31.07.2019
- URL: https://kazanmedjournal.ru/kazanmedj/article/view/15530
- DOI: https://doi.org/10.17816/KMJ2019-629
- ID: 15530
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Цель. Установить связь между концентрацией эндокринных дизрапторов (бисфенола А, триклозана) в тканях яичка или семенной жидкости и качеством спермы у мужчин и экспериментальных животных.
Методы. Исследовано 53 образца семенной жидкости у мужчин с нормо- и патозооспермией. В семенной жидкости определяли концентрацию бисфенола А и триклозана методом газовой хроматографии с масс-спектрометрией. Спермиологическое исследование проводили согласно рекомендациям Всемирной организации здравоохранения (2010). Экспериментальная часть работы выполнена на белых половозрелых лабораторных крысах-самцах Вистар (n=28). Определяли количество сперматозоидов в 1 мл спермы с регистрацией их подвижности и атипичных форм. Концентрацию бисфенола А и триклозана в яичках измеряли методом газовой хроматографии с масс-спектрометрией.
Результаты. В 100 и 84,9% образцов эякулята обнаружены бисфенол А и триклозан со средней концентрацией 0,15 (0,06–0,31) нг/мл и 0,13 (0,05–0,22) нг/мл соответственно. С помощью коэффициента ранговой корреляции Спирмена были выявлены статистически значимые корреляционные связи между концентрацией эндокринных дизрапторов и параметрами эякулята: между бисфенолом А и общим количеством сперматозоидов, их концентрацией, долей прогрессивно подвижных сперматозоидов, долей сперматозоидов с нормальной морфологией и степенью фрагментации дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) сперматозоидов. Концентрация триклозана коррелировала с долей сперматозоидов с нормальной морфологией и степенью фрагментации их ДНК. В экспериментальной части работы было показано, что бисфенол А снижал общее количество сперматозоидов с увеличением доли атипичных форм сперматозоидов и изменением доли фертильных сперматозоидов по сравнению с группой интактных животных. Триклозан снижал долю прогрессивно подвижных сперматозоидов.
Вывод. Бисфенол А и триклозан оказывают негативное влияние на качество спермы у мужчин и экспериментальных животных.
Ключевые слова
Полный текст
Вопросы охраны здоровья мужчин в России сегодня становятся наиболее актуальными, поскольку здоровье мужчин выступает значимым показателем демографического, трудового и оборонного потенциала нации.
С позиции холистического подхода мужской фактор бесплодия — интегральный показатель нездоровья мужчины репродуктивного возраста и лимитирующий фактор суммарного коэффициента рождаемости в популяции. При этом качество эякулята следует рассматривать как фундаментальный биомаркёр мужского здоровья [1–4].
Известно, что доля мужского фактора бесплодия составляет не менее 50% [5]. В литературе обсуждают следующие возможные причины мужского бесплодия неизвестной этиологии, на долю которого приходится не менее 30%: активные формы кислорода, генетические, эпигенетические факторы и эндокринные дизрапторы [5].
В 1993 г. впервые в литературу был введён термин «эндокринные дизрапторы» (эндокринные дизрегуляторы, гормоноподобные ксенобиотики), к которым были отнесены химические соединения, способные нарушать функции эндокринной системы [6]. На сегодняшний день значение эндокринных дизрапторов в регуляции деятельности систем жизнеобеспечения и размножения изучено не до конца.
К наиболее известным нестойким убиквитарным эндокринным дизрапторам относятся фталаты, бисфенол А и триклозан.
Бисфенол А и триклозан человек широко использует в повседневной жизни, поэтому его обнаруживают в образцах мочи в 100 и 93% случаев соответственно [7].
Бисфенол А входит в состав полимерных материалов, которые применяют для производства широчайшего круга изделий: детских игрушек, пластиковых контейнеров, упаковки для продуктов питания и напитков, материалов для зубных пломб, деталей для автомобилей и др. Загрязнение продуктов питания и питьевой воды происходит за счёт миграции бисфенола А из материалов упаковки, пластиковых бутылок и внутреннего покрытия консерв-
ных банок.
Источником триклозана становятся средства личной гигиены: дезодоранты, зубная паста, крем для бритья, жидкость для полоскания рта, косметика, мыло для рук, а также бытовые чистящие средства. В организм человека триклозан попадает главным образом через кожу и желудочно-кишечный тракт, его можно обнаружить в различных биологических жидкостях и тканях организма.
Содержание бисфенола А и триклозана главным образом определяют в моче, крови и материнском молоке. Однако, как показали T. Geens и соавт. [8], бисфенол А и триклозан неодинаково накапливаются в тканях организма человека, поэтому мониторинг их концентрации по образцам мочи не может отражать истинного влияния ксенобиотиков на функционирование репродуктивных органов.
Цель исследования — установить связь между концентрацией эндокринных дизрапторов (бисфенола А, триклозана в тканях яичка или семенной жидкости) и качеством спермы у мужчин и экспериментальных животных.
В обсервационном одноцентровом одномоментном (поперечном) исследовании, которое было проведено в ООО «ДНК клинике» (Челябинск) с ноября 2017 г. по июнь 2018 г. приняли участие 53 мужчины (средний возраст 30,8±3,6 года). Пациенты обратились в клинику для выполнения спермиологического анализа в связи с бесплодием в браке, невынашиванием беременности партнёршей, а также планированием беременности или донорством спермы.
При оценке качества 53 образцов эякулята мужчины были разделены на две группы: первая (n=19) — мужчины с нормозооспермией, планирующие беременность в супружеской паре, и доноры спермы; вторая группа (n=34) — мужчины с патозооспермией, идиопатической формой бесплодия сопоставимые по возрасту, индексу массы тела, абстиненции, курению и приёму алкоголя.
Спермиологическое исследование проводили согласно рекомендациям Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ; 2010) с учётом оценки количества сперматозоидов, их подвижности и морфологии, а также индекса фрагментации дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) сперматозоидов [9]. Заключение по спермограмме (нормозооспермия или патозооспермия) было основано на критериях, изложенных в тех же рекомендациях ВОЗ (2010) [9].
Для оценки фрагментации ДНК сперматозоидов использовали метод дисперсии хроматина спермы с помощью набора Gold Cyto DNA Assist Kit (laboratories AG, Германия). Нормативным значением степени фрагментации ДНК сперматозоидов считали 15% и менее (низкий риск нарушения фертильности).
Бисфенол А и триклозан в семенной жидкости определяли на газовом хроматографе с масс-спектрометром Shimadzu GCMS-QP2010 Ultra (Shimadzu Corporation, Япония). Данные обрабатывали с помощью программы GCMSsolution 4,3 (Shimadzu Corporation, Япония).
Экспериментальная часть работы выполнена на белых половозрелых лабораторных крысах-самцах линии Вистар с массой тела 150–193 г (всего 28 животных). Крысы были разделены на три рандомизированные группы (контроль и две испытуемые группы). Крысы первой испытуемой группы (n=10) получали бисфенол А, крысы второй испытуемой группы (n=8) получали триклозан. Контрольную группу составили интактные животные в количестве 10 особей. Подопытные животные в течение 2 мес ежедневно получали с пищей бисфенол А и триклозан со степенью гомогенности >97% (Sigma-Aldrich, США) в количестве 200 мг/кг [10, 11].
Работа с лабораторными животными выполнена в соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных» (приказ МЗ СССР №755 от 12.08.1977).
После взвешивания семенников зрелые сперматозоиды получали из придатка семенника, разрезая его вдоль в среде дозированного количества 5% раствора декстрозы (глюкозы в объеме 1 мл), предварительно подогретого до 37° С. Затем отрезком отмытой резиновой трубки эпидидимис активно перемещали в течение 2 мин для освобождения от части сперматозоидов. В полученной эпидидимальной суспензии определяли суммарное содержание сперматозоидов в 1 мл [12].
В камере Горяева подсчитывали сперматозоиды с учётом характера их подвижности. Подвижность сперматозоидов определяли по общепринятой методике 4-балльной оценки сперматозоидов по характеру подвижности [13]:
0) неподвижные;
1) «дергающиеся» (колебательное местное движение, когда есть движение хвоста, но не происходит перемещения сперматозоидов, либо движение по круговой траектории);
2) слабо подвижные (медленное прямолинейное движение);
3) прогрессивно подвижные (поступательное движение со спиральным вращением вокруг своей оси) сперматозоиды.
Для оценки патологических форм сперматозоидов смешивали часть полученной суспензии с 1% раствором эозина Y в соотношении 1:10. Затем через 30 мин готовили мазки, которые после просушивания на воздухе фиксировали метиловым спиртом и подвергали микроскопии [14]. Подсчитывали на 200 клеток процентное содержание сперматозоидов с дефектами головки, шейки, тела и хвоста.
Для оценки концентрации исследуемых эндокринных дизрапторов в тканях яичек левое яичко было полностью гомогенизировано в стеклянно-тефлоновом гомогенизаторе, а затем подвергнуто центрифугированию при 700 g в течение 10 мин при температуре 4° С, чтобы удалить детрит и ядра. Образовавшаяся в результате надосадочная жидкость была использована для определения концентрации бисфенола А и триклозана методом газовой хроматографии с масс-спектрометрией.
Исследование одобрено 21.11.2017 локальным комитетом по этике Южно-Уральского государственного медицинского университета (г. Челябинск), выписка из протокола №9.
Размер выборок предварительно не рассчитывали.
Статистический анализ полученных данных выполняли с помощью программы IBM SPSS Statistics v. 21 (IBM Corp., Armonk, NY, США). Проверка нормальности распределения переменных проведена с учётом объёма выборки с использованием критерия Колмогорова–Смирнова или Шапиро–Уилка. Результаты исследования представлены как медиана с интерквартильным размахом Me (Q1; Q3) или как средняя величина со стандартным отклонением (M±σ) при нормальном распределении. Для определения статистически значимых различий между группами использовали U-критерий Манна–Уитни. Для установления связи между показателями вычисляли коэффициент ранговой корреляции Спирмена. Различия между группами считали статистически значимыми при р <0,05.
Характеристика пациентов, вошедших в исследование, была следующей: средний возраст (±σ) составил 30,8±3,6 года, средний индекс массы тела (±σ) — 25,4±2,9 кг/м2. При этом 42% мужчин были с избыточной массой тела (индекс массы тела 25–30 кг/м2), 11% — с ожирением I степени (индекс массы тела >30 кг/м2).
Группы сравнительного анализа были сопоставимы по возрасту, периоду воздержания от семяизвержений, индексу массы тела, курению и приёму алкоголя (табл. 1).
Таблица 1. Сопоставление групп по возрасту, индексу массы тела, периоду воздержания, статусу курения и употребления алкоголя
Параметры | Первая группа (n=19), нормозооспермия | Вторая группа (n=34), патозооспермия | р | |
Me (Q1–Q3) | Me (Q1–Q3) | |||
Возраст, годы | 32,0 (29,5–34,0) | 31,0 (28,0–33,0) | 0,157 | |
Период воздержания, сут | 3,0 (3,0–4,0) | 4,0 (3,0–4,0) | 0,105 | |
Индекс массы тела, кг/м2 | 25,1 (22,4–26,7) | 25,5 (24,2–26,8) | 0,356 | |
Курение | некурящие | 11 (44%) | 14 (56%) | 0,901 |
курящие | 6 (46,2%) | 7 (53,8%) | ||
Алкоголь | непьющие | 8 (44,4%) | 10 (55,6%) | 1,0 |
пьющие | 8 (44,4%) | 10 (55,6%) |
При этом частота патозооспермии среди курящих и употребляющих алкоголь составила 53,8 и 55,6%, среди некурящих и не употребляющих алкоголь — 56,0 и 55,6% соответственно (см. табл. 1)
В 100 и 84,9% образцов эякулята были обнаружены бисфенол А и триклозан со средней концентрацией 0,15 (0,06–0,31) нг/мл и 0,13 (0,05–0,22) нг/мл соответственно. Группа мужчин с патозооспермией (64%) была представлена следующим образом: частота тератозооспермии — 30% (n=16), астенотератозооспермии — 22,5% (n=12), олиготератозооспермии — 7,5% (n=4), олигоастенотератозооспермии — 4% (n=2).
Группы пациентов, включённых в исследование, статистически значимо различались по концентрации бисфенола А и триклозана в семенной жидкости (р <0,001; р=0,045 соответственно), а также индексу фрагментации ДНК сперматозоидов (р=0,001; р=0,004 соответственно). Так, у мужчин с нормозооспермией концентрации бисфенола А и триклозана в семенной жидкости оказались меньше — 0,05 (0,04–0,08) нг/мл и 0,09 (0,0–0,19) нг/мл, чем у мужчин с патозооспермией — 0,21 (0,14–0,47) нг/мл и 0,20 (0,11–0,36) нг/мл соответственно. То же самое было справедливо и в отношении индекса фрагментации ДНК сперматозоидов — 14,0 (8,5–17,0)% против 19,0 (16,0–25,0)% (рис. 1–3).
Рис. 1. Сравнение групп по концентрации бисфенола А (ВРА) в семенной жидкости
Рис. 2. Сравнение групп по концентрации триклозана (TCS) в семенной жидкости
Рис. 3. Сравнение групп по степени фрагментации дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) сперматозоидов, %
Используя коэффициент ранговой корреляции Спирмена, между концентрацией бисфенола А, триклозаном в семенной жидкости и параметрами эякулята были обнаружены определенные корреляционные связи (табл. 2).
Таблица 2. Корреляционные связи между концентрацией бисфенола А, триклозана в семенной жидкости и параметрами эякулята у мужчин
Параметры | Бисфенол А, нг/мл | Триклозан, нг/мл | ||
r | p | r | p | |
Общее количество сперматозоидов, млн | –0,330 | 0,016* | –0,188 | 0,211 |
Концентрация сперматозоидов, млн/мл | –0,309 | 0,024* | –0,206 | 0,170 |
Прогрессивно подвижные сперматозоиды (а+b), % | –0,575 | <0,001* | –0,237 | 0,113 |
Сперматозоиды с нормальной морфологией, % | –0,397 | 0,003* | –0,420 | 0,004* |
Индекс ДНК фрагментации сперматозоидов,% | 0,349 | 0,025* | 0,604 | <0,001* |
Примечание: *р <0,05; ДНК — дезоксирибонуклеиновая кислота.
В экспериментальной части работы было выявлено, что различия между группами сравнения (опыт 1, опыт 2 и интактная) по концентрации бисфенола А и триклозана в тканях яичек были статистически значимыми (р <0,001). Полученные результаты убедительно свидетельствуют о снижении абсолютной массы яичка во второй испытуемой группе, подвергшейся воздействию триклозана, по сравнению с группой контроля, тогда как в первой группе, подвергшейся воздействию бисфенола А, снижение массы яичка не имело статистической значимости (р=0,001 и р=0,051 соответственно).
Первая испытуемая группа крыс, подвергшихся воздействию бисфенола А, продемонстрировала снижение концентрации сперматозоидов со снижением доли прогрессивно подвижных и увеличением доли слабо подвижных сперматозоидов на фоне увеличения доли их атипичных форм по сравнению с группой интактных животных (табл. 3).
Таблица 3. Сопоставление групп по концентрации бисфенола А и триклозана в ткани яичка, а также по массе семенников и параметрам спермы у крыс
Параметр | Контроль | Опыт 1 (бисфенол А; n=10) | р | Опыт 2 (триклозан; n=8) | p |
Me (Q1–Q3) | Me (Q1–Q3) | Me (Q1–Q3) | |||
Бисфенол А, нг/мл | 0,01 (0,00–0,03) | 0,28 (0,22–0,29) | <0,001* | 0,02 (0,01–0,05) | 0,466 |
Триклозан, нг/мл | 0,06 (0,05–0,08) | 0,07 (0,04–0,08) | 0,649 | 0,27 (0,23–0,46) | <0,001* |
Масса правого яичка, г | 1,61 (1,55–1,78) | 1,44 (1,38–1,62) | 0,051 | 1,45 (1,42–1,49) | 0,001* |
Концентрация сперматозоидов, млн | 15,9 (14,7–17,4) | 11,4 (9,8–14,3) | 0,004* | 15,3 (12,15–17,0) | 0,475 |
Прогрессивно подвижные сперматозоиды, % | 58,0 (56,5–61,5) | 49,0 (47,0–53,0) | <0,001* | 53,0 (50,5–56,0) | 0,011* |
Слабо подвижные сперматозоиды, % | 26,5 (23,5–27,0) | 35,0 (33,0–38,0) | 0,001* | 34,0 (30,5–37,0) | 0,001* |
Атипичные формы сперматозоидов, % | 12,0 (9,0–12,0) | 19,0 (15,0–19,0) | 0,014* | 12,5 (11,0–13,5) | 0,202 |
Примечание: *р <0,05.
Вторая опытная группа крыс, подвергшихся воздействию триклозана, показала снижение доли прогрессивно подвижных сперматозоидов и увеличение доли слабо подвижных сперматозоидов по сравнению с группой интактных животных (см. табл. 3).
При использовании коэффициента ранговой корреляции Спирмена между концентрацией бисфенола А, триклозана в тканях яичка и параметрами спермы были обнаружены определённые корреляционные связи (табл. 4).
Таблица 4. Корреляционные связи между концентрацией бисфенола А, триклозана в тканях яичка и параметрами спермы у крыс
Параметр | Бисфенол А, нг/мл | Триклозан, нг/мл | ||
r | p | r | p | |
Масса правого яичка, г | –0,453 | 0,050 | –0,779 | <0,001* |
Концентрация сперматозоидов, млн/мл | –0,661 | 0,001* | –0,173 | 0,492 |
Доля прогрессивно подвижных сперматозоидов, % | –0,870 | <0,001* | –0,655 | 0,006* |
Доля слабо подвижных сперматозоидов, % | 0,793 | <0,001* | 0,883 | <0,001* |
Атипичные формы сперматозоидов, % | 0,562 | 0,010* | 0,310 | 0,211 |
Примечание: *р <0,05.
Вместе с этим установлено, что исследуемые эндокринные дизрапторы имеют склонность накапливаться в тканях яичка. Так, у испытуемых животных концентрация бисфенола А в среднем в 28 раз, а триклозана в 4,5 раза превышала таковую по сравнению с интактными.
Кроме того, следует отметить тот факт, что концентрации бисфенола А и триклозана в яичке животных и человека были тождественны как в контрольных группах, так и в группах исследования.
При сопоставлении полученных результатов влияния исследуемых эндокринных дизрапторов на параметры спермы в клинике и эксперименте было обнаружено ухудшение всех параметров спермы (количества, подвижности и морфологии сперматозоидов) при воздействии бисфенола А как у мужчин, так и у экспериментальных животных. Влияние триклозана на сперматогенез было неодинаковым и ограничивалось нарушением только морфологии сперматозоидов у мужчин или их подвижности у экспериментальных животных.
Выводы
1. Бисфенол А и триклозан могут вызывать нарушение сперматогенеза у мужчин и крыс, что подтверждено снижением параметров спермы в клинике и эксперименте.
2. Бисфенол А и триклозан следует рассматривать как возможные причинные факторы идиопатической инфертильности/субфертильности у мужчин.
3. Бисфенол А в сравнении с триклозаном продемонстрировал бóльшую степень накопления в тканях яичка, что показано в эксперименте.
4. Бисфенол А ухудшал все параметры спермы (количество, подвижность и морфологию сперматозоидов) как у мужчин, так и у экспериментальных животных.
5. Триклозан влиял на сперматогенез по-разному и ограничивался нарушением только морфологии сперматозоидов у мужчин или их подвижности у экспериментальных животных.
6. Исследуемые эндокринные дизрапторы могут оказывать негативное влияние на фрагментацию дезоксирибонуклеиновой кислоты сперматозоидов.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в представленной статье.
Об авторах
Станислав Владимирович Чигринец
Южно-Уральский государственный медицинский университет; ООО «ДНК клиника»
Автор, ответственный за переписку.
Email: chigrinstas@gmail.com
г. Челябинск, Россия; г. Челябинск, Россия
Геннадий Васильевич Брюхин
Южно-Уральский государственный медицинский университет
Email: chigrinstas@gmail.com
г. Челябинск, Россия
Список литературы
- Ventimiglia E., Montorsi F., Salonia A. Comorbidities and male infertility: a worrisome picture. Curr. Opin. Urol. 2016; 26 (2): 146–151. doi: 10.1097/MOU.0000000000000259.
- Buck Louis G. Male fecundity and its implications for health and disease across the lifespan. Hum. Reprod. 2014; 29 (7): 1351–1352. doi: 10.1093/humrep/deu108.
- Eisenberg M., Li Sh., Behr B. et al. Semen quality, infertility and mortality in the USA. Hum. Reprod. 2014; 29 (7): 1567–1574. doi: 10.1093/humrep/deu106.
- Коршунов М.Н. 33-й Конгресс Европейской Ассоциации урологов 2018. Обзор выступлений по теме «Мужское бесплодие». Дайджест урологии. 2018; (3): 2–8.
- Nieschlag E., Behre H.M. Andrology: male reproductive health and dysfunction. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag. 2010; 629 p. doi: 10.1007/978-3-540-78355-8.
- Colborn T., von Saal F.S., Soto A.M. Development effects of endocrine-disrupting chemicals in wildlife and humans. Environ. Health Pеrspect. 1993; 101 (5): 378–384. doi: 10.2307/3431890.
- Li X., Ying G., Zhao J. et al. 4-Nonylphenol, bisphenol-A and triclosan levels in human urine of children and students in China, and the effects of drinking these bottled materials on the levels. Environ. Intern. 2013; 52: 81–86. doi: 10.1016/j.envint.2011.03.026.
- Geens T., Neels H., Covaci A. Distribution of bisphenol-A, triclosan and n-nonylphenol in human adipose tissue, liver and brain. Chemosphere. 2012; 87 (7): 796–802. doi: 10.1016/j.chemosphere.2012.01.002.
- WHO laboratory manual for the examination and processing of human semen. World Health Organization, Department of Reproductive Health and Research. 5th ed. Geneva: WHO. 2010; 287 p.
- Жолдакова З.И., Синицына О.О., Харчевникова Н.В. Современное состояние вопроса о токсичности бисфенола А при воздействии в дозах, близких к признанным безопасными. Токсикол. вестн. 2012; (4): 19–25.
- Lan Z., Hyung Kim T., Shun Bi K. et al. Triclosan exhibits a tendency to accumulate in the epididymis and shows sperm toxicity in male sprague-dawley rats. Environ. Toxicol. 2015; 30 (1): 83–91. doi: 10.1002/tox.21897.
- Луцкий Д.Л., Николаев А.А. Морфологическое исследование эякулята. Методическое пособие. Астрахань. 1999; 46 c.
- Bryukhin G.V., Sizonenko M.L. Characteristic of sperm motility in mature offspring of females with experimental liver diseases of various origins. Bull. Exper. Biol. Med. 2014; 158 (1): 27–29. doi: 10.1007/s10517-014-2683-x.
- Wyrobek A.J., Bruce W.R. Chemical induction of sperm abnormalities in mice. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1975; 72 (11): 4425–4429. doi: 10.1073/pnas.72.11.4425.
Дополнительные файлы
![](/img/style/loading.gif)